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公開番号2024106834
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-08
出願番号2023011300
出願日2023-01-27
発明の名称タービン発電システム
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F01K 3/18 20060101AFI20240801BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】シンプルな構成で発電効率および発電量を向上させることが可能なタービン発電システムを提供する。
【解決手段】一実施形態に係るタービン発電システムは、蓄熱運転と放熱運転とを行うタービン発電システムである。このタービン発電システムは、蓄熱運転時に発熱する電気ヒータと、蓄熱運転時に電気ヒータで発生した熱を蓄熱する蓄熱槽と、放熱運転時に、気体を圧縮した高圧気体を生成する圧縮機と、圧縮機と機械的に接続され、放熱運転時に、蓄熱槽に蓄熱された熱を用いて加熱された高圧気体が流入することによって回転駆動する膨張機と、膨張機の回転駆動によって発電する発電機と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
蓄熱運転と放熱運転とを行うタービン発電システムであって、
前記蓄熱運転時に発熱する電気ヒータと、
前記蓄熱運転時に前記電気ヒータで発生した熱を蓄熱する蓄熱槽と、
前記放熱運転時に、気体を圧縮した高圧気体を生成する圧縮機と、
前記圧縮機と機械的に接続され、前記放熱運転時に、前記蓄熱槽に蓄熱された熱を用いて加熱された前記高圧気体が流入することによって回転駆動する膨張機と、
前記膨張機の回転駆動によって発電する発電機と、
を備える、タービン発電システム。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記高圧気体は、前記蓄熱槽を流通することによって加熱される、請求項１に記載のタービン発電システム。
【請求項３】
前記電気ヒータの発熱時に、第１熱媒体が前記電気ヒータと前記蓄熱槽との間で循環する、請求項１に記載のタービン発電システム。
【請求項４】
前記電気ヒータの発熱停止時に、前記蓄熱槽との間で第２熱媒体を循環させる熱交換器をさらに備え、
前記高圧気体は、前記熱交換器を流通することによって加熱される、請求項３に記載のタービン発電システム。
【請求項５】
前記第１熱媒体は、前記気体と同じ物質である、請求項４に記載のタービン発電システム。
【請求項６】
前記電気ヒータが前記蓄熱槽に内蔵されている、請求項１に記載のタービン発電システム。
【請求項７】
前記高圧気体を、前記膨張機から排出された排気で加熱して前記蓄熱槽または前記熱交換器に流入させる再生器をさらに備える、請求項４または５に記載のタービン発電システム。
【請求項８】
前記気体が大気であり、前記膨張機から流出した前記気体が前記圧縮機に流入しない、前記気体の開サイクルを備える、請求項１に記載のタービン発電システム。
【請求項９】
前記膨張機から流出した前記気体が前記圧縮機に流入する、前記気体の閉サイクルを備える、請求項１に記載のタービン発電システム。
【請求項１０】
前記再生器を流通した前記排気の熱を大気に放熱する放熱器をさらに備え、
前記気体が、前記放熱器で放熱された前記排気である、請求項７に記載のタービン発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービン発電システムに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電や風力発電といった自然エネルギによる発電が増加しており、季節や時間帯によっては、発電量が電力需要より大きくなる地域が発生している。また、季節や時間帯によっては電力需要が大きくなり、発電量が電力需要より小さく電力不足となる時もある。そこで、蓄熱を用いて電力調整を実施するタービン発電システムが提案されている。
【０００３】
図７（ａ）は、従来のタービン発電システムの電力余剰時の運転状態を示す模式図である。一方、図７（ｂ）は、従来のタービン発電システムの電力余剰でない時の運転状態を示す模式図である。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、従来のタービン発電システム２０１は、蓄熱槽１、電気ヒータ２、第１送風機３、第２送風機４、復水ポンプ８、ボイラ９、蒸気タービン１０、復水器１１、弁１２～弁１５、および発電機３３を備える。
【０００４】
タービン発電システム２０１では、電力余剰時、図７（ａ）に示すように、復水ポンプ８、蒸気タービン１０、および第２送風機４は停止する。また、弁１２および弁１３は開状態となる一方で弁１４および弁１５は閉状態となる。また、余剰電力を用いて電気ヒータ２および第１送風機３が稼働する。第１送風機３の稼働によって、空気５が電気ヒータ２と蓄熱槽１の間を循環する。空気５は、電気ヒータ２の発熱によって加熱される。加熱された空気５は、蓄熱槽１まで輸送され、蓄熱槽１内の蓄熱物質を加熱する。これにより蓄熱される。このように蓄熱運転が実施される。
【０００５】
一方、電力余剰でない時には、図７（ｂ）に示すように、電気ヒータ２の発熱および第１送風機３の稼働は停止する。また、弁１２および弁１３は閉状態となる一方で弁１４および弁１５は開状態となる。さらに、復水ポンプ８および第２送風機４が稼働する。第２送風機４の稼働によって空気５が蓄熱槽１とボイラ９の間を循環する。
【０００６】
空気５は、放熱運転時に蓄熱槽１の蓄熱物質によって加熱される。加熱された空気５は、第２送風機４によって蓄熱槽１からボイラ９まで輸送される。ボイラ９では、復水ポンプ８により搬入された水６を、空気５からの熱により加熱し蒸気７を製造する。これにより空気５は温度低下してボイラ９から流出する。このように放熱運転が実施される。
【０００７】
蒸気７が、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通することによって、蒸気タービン１０の羽根車が回転駆動する。これにより、蒸気タービン１０に機械的に接続された発電機３３が発電する。蒸気タービン１０から排出された蒸気７は、復水器１１にて冷却水、例えば海水により冷却されて水６に変化する。水６は、復水ポンプ８によって、ボイラ９まで搬送される。このようにして、蓄熱槽１内の蓄熱物質に蓄熱されていた空気５の熱によって、蒸気７が発生して蒸気を用いた発電が実施される。
【０００８】
上記のように、タービン発電システム２０１は電力余剰である時には電力を使い、電力余剰でない時には発電することによって、電力を調整することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
国際公開第２０１６／０５０３６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したタービン発電システム２０１では、蒸気タービン１０を用いて発電するため、復水ポンプ８、ボイラ９、および復水器１１といった機器も必要になる。その結果、システムが数多くの機器を必要とする複雑な構成となってしまう。復水器１１に用いる冷却水が必要であるし、ボイラ９向けの水質管理が必要である。また、蒸気タービン１０には、高温化の制限があるため、発電効率および発電量にも制限が生じる。
（【００１１】以降は省略されています）

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