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公開番号2021103916
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019234018
出願日20191225
発明の名称電力管理方法及び電力管理システム
出願人株式会社大林組
代理人個人,個人
主分類H02J 15/00 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】余剰電力により蓄積した圧縮空気を用いて発電することができる電力管理方法及び電力管理システムを提供する。
【解決手段】ダム10の貯水池15に配置したタンク30に、余剰電力を用いて圧縮空気を供給する。この場合、圧縮空気は、貯水池15の水面からの深さに応じた圧力に抵抗して、タンク30の容積を増大させる。容積が上限になった場合には、タンク30に接続された有孔管26の孔から圧縮空気を放出して、ボイリング処理を実行する。これにより、有孔管26の周囲の堆砂が、圧縮空気により吹き上げられ、貯水池15の水の下流への流れに乗って、貯水池15から排出される。更に、タンク30に蓄積された圧縮空気は、耐圧ホース22に設けられたレギュレータ23を介して、圧力を一定にして送出される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ダムの貯水池内に配置した容器を用いて余剰電力を管理する方法であって、
前記容器は、容積が可変であり、
電力蓄積時には、前記余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、
電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して稼働させることを特徴とする電力管理方法。
続きを表示(約 840 文字)【請求項2】
前記送風装置と前記発電装置とを同じローター装置で構成したことを特徴とする請求項1に記載の電力管理方法。
【請求項3】
前記容器には、上下位置を変更可能な蓋部材を備え、
前記蓋部材の上下位置に応じて、前記容器の容積を変更可能にしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力管理方法。
【請求項4】
前記蓋部材に錘を載置させて、前記発電装置に供給する圧縮空気の圧力を調整することを特徴とする請求項3に記載の電力管理方法。
【請求項5】
前記容器から、前記発電装置までの管路にレギュレータを設け、
前記レギュレータを用いて、前記発電装置に供給する圧縮空気の圧力を調整することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電力管理方法。
【請求項6】
前記容器には、前記貯水池内に開口した有孔管が接続されており、
前記圧縮空気を、前記容器を介して前記有孔管に供給し、前記有孔管から排出してボイリングを行なうことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の電力管理方法。
【請求項7】
ダムの貯水池内に配置した容積可変の容器と、
前記容器に貯蔵される圧縮空気の圧力を調整する圧力調整機構とを備え、
電力蓄積時には、余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、
電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して前記発電装置を稼働させることを特徴とする電力管理システム。
【請求項8】
前記容器には、遮断可能に接続される複数の有孔管が接続され、
前記複数の有孔管は、前記容器に接続される側とは反対側がそれぞれ広がるように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の電力管理システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ダムにおいて電力を管理する電力管理方法及び電力管理システムに関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
従来、余剰電力等のエネルギを、空気を媒体として圧力に変換し、水中に圧縮空気を貯蔵する圧縮空気貯蔵体が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。特許文献1に記載のエネルギ貯蔵装置では、水圧作用が得られる海底等に容積変化可能な容器を沈殿させ、この容器に連通管を介して接続したコンプレッサ・タービン及びこれに連結した電動・発電機を陸上に設置する。電動・発電機によりコンプレッサ・タービンを駆動して得られる圧縮空気を、水圧に抗し容器内に充填させてエネルギを貯蔵し、容器内に充填されている圧縮空気を容器周囲の水圧により徐々に放出してコンプレッサ・タービンを駆動させてエネルギを放出する。特許文献2には、空気圧縮機と、空気圧縮機に一端を接続される送気管と、送気管の他端に接続される圧気の収容体とからなり、電力の需要時に圧気を放出して発電するエネルギの貯留施設が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開昭58−214608号公報
特開昭62−294723号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ダムの貯水池を利用して、余剰電力を貯蔵することも可能である。しかしながら、ダムの貯水池の場合には、面積や水量に制限がある。すなわち、限られた面積に容器を配置させる必要がある。また、貯水池の満水時や渇水時において、水位により、貯水池内に配置した容器への水頭圧が変動する。圧縮空気を電力に変換する場合には、圧力変動が、発電効率に影響を与えてしまう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決する電力管理方法は、ダムの貯水池内に配置した容器を用いて余剰電力を管理する方法であって、前記容器は、容積が可変であり、電力蓄積時には、前記余剰電力を用いて送風装置を稼働させて、前記容器の容積を拡大させながら前記貯水池の水圧に対抗させて圧縮空気を前記容器に供給し、電力放出時には、前記貯水池の水位に応じて、前記容器の容積を縮小させながら、圧力調整した圧縮空気を発電装置に供給して稼働させる。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、余剰電力により蓄積した圧縮空気を用いて発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
実施形態におけるダムの貯水池内に配置された電力管理システムの側面図。
実施形態におけるダムの貯水池内に配置された電力管理システムの上面図。
実施形態における可変容積のタンクの構成の説明図であって、(a)は最小容積の場合、(b)は最大容積の場合を示す。
実施形態における電力蓄積処理の処理手順を説明する流れ図。
実施形態におけるボイリングの状態を説明する説明図であって、(a)はボイリングの開始時、(b)はボイリング中の状態を示す。
変更例において、ダムの貯水池の水面の高さに応じてタンクの蓋に錘を載せる構成の電力管理システムであって、(a)は貯水池の満水時、(b)は貯水池の渇水時であってタンクの容積が最大の時、(c)は貯水池の渇水時であって、タンクの容積が少ない時を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図1〜図5を用いて、電力管理方法及び電力管理システムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、ダムで水力発電した電力の余剰電力を管理するための電力管理方法及び電力管理システムについて説明する。
【0009】
図1に示すように、ダム10の貯水池15において、下流に近い部分に、電力管理システム20が配置されている。電力管理システム20は、複数の容器としてのタンク30を備える。
【0010】
図2に示すように、複数のタンク30は、連結管21を介して連通されている。タンク30には、耐圧ホース22を介して、コンプレッサ及びローター装置(図示せず)が接続される。そして、耐圧ホース22を介して、余剰電力を用いて、コンプレッサ及びローター装置内の回転子を回転することにより送風を行なう。また、圧縮空気を用いてローター装置内の回転子を回転することにより発電を行なう。本実施形態では、ローター装置が、タンク30に圧縮空気を供給する送風装置及びタンク30から供給された圧縮空気を用いて発電を行なう発電装置として機能する。タンク30には圧縮空気が供給され、タンク30に蓄積された圧縮空気が送出される。耐圧ホース22には、発電機側の端部に、圧力調整機構としてのレギュレータ23が設けられている。このレギュレータ23は、送出される圧縮空気の圧力を所定の圧力にする。
【0011】
更に、タンク30には、電磁バルブ25を介して複数の有孔管26が接続されている。複数の有孔管26は、上流に向かうに従って水平方向の間隔が広がる扇状に配置される。各有孔管26は、電磁バルブ25に接続した水平部と、水平部の端部から屈曲した傾斜部26aとを備える。傾斜部26aには、複数の孔が形成されている。これら孔は、水や空気は通過させるが砂は通過させない構造を有する。
【0012】
電磁バルブ25は、電力を用いて、タンク30の内部と有孔管26とを連通又は遮断を行なう。本実施形態では、タンク30の容積が最大になっても、まだ余剰電力がある場合には、タンク30の内部と有孔管26とを連通させて、圧縮空気を有孔管26に供給する。
【0013】
また、電力管理システム20は、制御装置28を備える。この制御装置28は、後述する電力調整処理を実行し、レギュレータ23の調整や電磁バルブ25の開閉を制御する。制御装置28は、電磁バルブ25の開操作を行なった時刻を記憶し、前回の開操作時刻から所定時間以上経過した場合に、排砂が必要と判断する。
【0014】
図3(a)及び(b)に示すように、タンク30は、円筒形状の本体部31と、本体部31を密閉して上下動可能な蓋部材32とを備える。タンク30は、蓋部材32が上下動することにより、内部に蓄積する圧縮空気の容積を変更できる。タンク30の底面部には、タンク30を浮遊させないためのウェイト部35が設けられている。また、タンク30には、内部に蓄積した圧縮空気の圧力を計測する圧力計が設けられている。
【0015】
次に、図3〜図5を用いて、上述した電力管理システム20を用いた電力調整方法について説明する。ここでは、まず、電力を蓄積する処理について説明する。
図4に示すように、余剰電力が発生し、蓄積量が上限でない場合(ステップS1−1において「YES」、かつステップS1−2において「NO」の場合)、制御装置28が、圧縮空気の供給処理を実行する(ステップS1−3)。具体的には、余剰電力を用いて、コンプレッサにより空気を圧縮し、ローター装置内の回転子を回転して、耐圧ホース22を介して圧縮空気をタンク30に供給する。
【0016】
図3(a)に示すように、タンク30内に圧縮空気が供給されると、圧縮空気は、蓋部材32を押上げる。この場合、蓋部材32の上面には、貯水池15の水面までの深さに応じた圧力が加わるため、この圧力に抵抗しながら、圧縮空気は、蓋部材32を押し上げて、タンク30の内部に蓄積される。
【0017】
その後、図3(b)に示すように、タンク30の蓄積量が上限になった場合(ステップS1−2において「YES」の場合)、制御装置28が、排砂が必要か否かの判定処理を実行する(ステップS1−4)。
【0018】
ここで、排砂が必要と判定した場合(ステップS1−4において「YES」の場合)、制御装置28が、ボイリング処理を実行する(ステップS1−5)。具体的には、電磁バルブ25を開いて、タンク30の内部と有孔管26とを連通し、タンク30を介して圧縮空気を有孔管26に供給する。
【0019】
この場合、図5(a)に示すように、水が充填されていた有孔管26に圧縮空気が供給され、傾斜部26aの孔から圧縮空気が放出される。そして、図5(b)に示すように、圧縮空気が有孔管26の孔から連続して放出されることにより、有孔管26の周囲の堆砂16が吹き上げられる。その後、吹き上がった砂17が、貯水池15の水の下流への流れに乗って、ダム10の図示しない排砂口等から排出される。
【0020】
なお、ボイリングを終了した場合、タンク30の蓄積量が上限となる前に余剰電力がなくなった場合、又は排砂が必要でない場合(ステップS1−1、S1−4において「NO」の場合)には、制御装置28が、圧縮空気の供給を停止し、電力蓄積処理を終了する。
【0021】
その後、タンク30に蓄積した圧縮空気を放出して発電を行なう場合には、制御装置28が、耐圧ホース22を介して、タンク30から圧縮空気をローター装置に供給し、回転子を回転させて発電を行なう。この場合、タンク30に蓄積した圧縮空気の圧力に応じてレギュレータ23を調整して、耐圧ホース22から一定圧力の圧縮空気を送出する。
【0022】
(作用)
タンク30の蓋部材32が上下動するので設置面積を変えることなく、圧縮空気を蓄積する容積を変更できる。更に、容量変化するので、圧縮空気を水頭圧に応じたポテンシャルエネルギで蓄積でき、耐圧ホース22に設けられたレギュレータ23を介して、発電に用いる圧縮空気の圧力を平準化できる。
【0023】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、余剰電力を用いて、貯水池15のタンク30の容積を変化させて、圧縮空気を蓄積するので、水頭圧に応じたエネルギをタンク30に蓄積することができる。そして、タンク30に蓄積した圧縮空気を、レギュレータ23により所定の圧力でローター装置に供給するので、効率的に発電することができる。
【0024】
(2)本実施形態では、蓋部材32の上下位置に応じて、タンク30の容積を変更可能にしたので、貯水池15の下流側の深い位置に、複数のタンク30を密着して配置することができる。
【0025】
(3)本実施形態では、ダム10で生成した水力発電の余剰電力を用いて、圧縮空気をタンク30に蓄積し、この圧縮空気を用いて発電させる。これにより、発電するダム10と、圧縮空気を蓄積するタンク30とが近いので、送電ロスを抑制することができる。
【0026】
(4)本実施形態では、タンク30には、電磁バルブ25を介して複数の有孔管26が接続される。制御装置28は、余剰電力があり蓄積量が上限であって排砂が必要な場合(ステップS1−4において「YES」の場合)には、ボイリング処理を実行する(ステップS1−5)。この場合、圧縮空気が、タンク30から有孔管26を介して放出されて、貯水池15の底の堆砂16を吹き飛ばす。これにより、余剰電力を用いて蓄積した圧縮空気により排砂を行なうことができる。
【0027】
(5)本実施形態では、タンク30に接続される複数の有孔管26は、上流に向かうに従って水平方向の間隔が広がるように配置される。これにより、広い範囲でボイリングを行なうことができる。
【0028】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、タンク30の容積が上限になった場合(ステップS1−2において「YES」の場合)に、圧縮空気の供給を停止し、圧縮空気の圧力を一定にする。ここで、ダム10の貯水池15の水量が少なくなり水面が低くなった場合には、タンクの蓋部材の上に、錘を載せて、タンクに加わる圧力を一定にしてもよい。
【0029】
具体的には、図6に示すように、タンク40を備えた電力管理システムとしてもよい。このタンク40は、ウェイト部45の上に固定された本体部41と蓋部材42とを備える。タンク40は、本体部41に支持部材46が固定される。支持部材46には、水面に浮く浮き体47が上下動可能に支持される。
【0030】
図6(a)に示すように、水量が多い高水位時には、圧力調整機構としての錘48は、索状物を介して、浮き体47によって引き上げられて水中に浮遊する。
そして、図6(b)に示すように、水量が少ない低水位時には、浮き体47の位置が低くなり、錘48は蓋部材42の上に載置される。これにより、圧縮空気の供給により増大する容積に対抗して蓋部材42を下方に押す。
(【0031】以降は省略されています)

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