(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのガス状態の空気を蓄えたガス貯槽（４）と、少なくとも一つの圧縮空気作動エンジン（３）と少なくとも二つのコンプレサ（２）或いは少なくとも二つの圧縮空気作動エンジン（３）と少なくとも一つのコンプレサ（２）のいずれかとを備え、一個の或いは複数個のコンプレサ（２）がガス貯槽（４）を充填するために作動されて、同時に一個の或いは複数個の電気駆動装置（７）により駆動され、そして複数個のコンプレサ（２）が共通軸（６）を介してコンプレサグループに選定された電気駆動装置に駆動接続されていて、一個の或いは複数個のエンジン（３）が排ガスをガス貯槽（４）に放出するために作動され、同時に一個の或いは複数個の電流発生装置（１２）を駆動し、そして複数個のエンジン（３）が共通軸（１１）を介してターボグループ（１０）の電流発生装置に接続されるガス貯蔵発電設備を運転する方法において、即時に作動されるコンプレサ（２）及び／又はエンジン（３）の数は特定時間における電流価格（Ｃ）に左右され、第一電流価格（Ｃ1 ）において少なくとも一つのコンプレサ（２）が少なくとも一つの電気駆動装置（７）により駆動され、第一電流価格（Ｃ1 ）より安い第二電流価格（Ｃ2 ）において少なくとも一つの他のコンプレサ（２）が少なくとも一つの電気駆動装置（７）により駆動され、第一電流価格（Ｃ1 ）より高い第三電流価格（Ｃ3 ）において少なくとも一つのエンジン（３）が少なくとも一つの電流発生装置（１２）を駆動し、第三電流価格（Ｃ3 ）より高い第四電流価格（Ｃ4 ）において少なくとも一つのエンジン（３）が少なくとも一つの他の電流発生装置（１２）を駆動することを特徴とする方法。
【請求項２】
放出周期の間に一個の或いは複数個のエンジン（３）の作動と非作動とは電流価格（Ｃ）掛ける排出電流量の積の最大化によって実施されることを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
充填周期の間に一個の或いは複数個のコンプレサ（２）の作動と非作動とは電流価格（Ｃ）掛ける消費電流量の積の最小化によって実施されることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載された方法。
【請求項４】
エンジン（３）が多く作動されるならばなるほど、特定時間における電流価格（Ｃ）が高くなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
コンプレサ（２）が多く作動されるならばなるほど、特定時間における電流価格（Ｃ）が安くなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
エンジン（３）を作動、非作動する複数の電流価格閾値（Ｔ1 からＴ4 まで）が予め決定されるか、或いは予め決定でき、エンジン（３）の少なくとも一つはこれらの電流価格閾値の一つが超過される時に作動され、これらの電流価格閾値の一つが下回る時に作動されないことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
コンプレサ（２）を作動、非作動する複数の電流価格閾値（Ｋ1 からＫ4 まで）が予め決定されるか、或いは予め決定でき、コンプレサ（２）の少なくとも一つはこれらの電流価格閾値の一つが下回る時に作動され、コンプレサ（２）の少なくとも一つはこれらの電流価格閾値の一つが超過される時に作動されないことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
電流価格閾値（Ｔ1 からＴ4 まで）、（Ｋ1 からＫ4 まで）はガス貯槽（４）の充填状態に動的に適合され、エンジン（３）を作動と非作動する複数の電流価格閾値（Ｔ1 からＴ4 まで）が安くなればなるほど、ガス貯槽（４）が満たされること及び／又はコンプレサ（２）を作動と非作動する複数の電流価格閾値（Ｋ1 からＫ4 まで）が高くなればなるほど、ガス貯槽（４）が空らにされることを特徴とする請求項７に記載された方法。
【請求項９】
少なくとも二つのエンジン（３ａ，３ｂ）はエンジングル−プ（１０）を形成するように結合されて、一体的に作動、非作動されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
少なくとも二つのコンプレサ（２ａ，２ｂ）はコンプレサグル−プ（５）を形成するように結合されて、一体的に作動、非作動されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１１】
圧縮空気作動エンジンの少なくとも一つはタ−ビン（３）であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
電気駆動装置の少なくとも一つは電動モ−タ（７）であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】
電流発生装置の少なくとも一つは発電機（１２）であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は請求項１の前提文の特徴を有するガス貯蔵発電設備を運転する方法と関連したガス貯蔵発電設備とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力情報（Power Gen)１９９５年に紹介された" 圧縮空気エネルギ−貯蔵が電気の低価格支給者に融通性を提供する”と言う報告書において、ウエスチングハウス電気会社のGavin W. Gaul,  テキサス電力会社のMichael McGill, 北部インデイアナ公共事業会社の物理博士のRobert W. Kramerはガス貯蔵発電設備を記載する。公知のガス貯蔵発電設備は発電機に駆動接続されている二つのタ−ビン、正確には高圧タ−ビンと低圧タ−ビンとをもつタ−ボグル−プを有する。更に、ガス貯蔵発電設備はタ−ボグル−プと独立的に作動され得て、それぞれが電動モ−タによって駆動できるコンプレサから成る複数のコンプレサグル−プから成る。ガス貯蔵発電設備は、更に、電気エネルギ−を発生するためにタ−ボグル−プを介して放出され、コンプレサグル−プによって充填されるガス貯槽を有する。
【０００３】
このタイプのガス貯蔵発電設備は、普通は”圧縮空気エネルギ−貯蔵システム”、短縮形態でＣＡＥＳシステムとして知られているものである。ＣＡＥＳシステムの基本理念は、基本負荷時間中に永久作動従来発電設備により発生された過剰エネルギ−をガス貯蔵発電設備の割り込みにより最高負荷へ転送することに見られ、それにより全体的に電気エネルギ−の生産のより少ない資源を消費する。これは、手頃な値段の過剰エネルギ−によって空気或いは他のガスは比較的高圧の下で貯槽へ供給され、この貯槽から空気或いはガスは必要に応じて抽出されて比較的費用のかかる電流を発生させる。これはエネルギ−が位置エネルギ−の形態で回復可能に貯蔵される。例えば、高価な炭坑或いは岩塩坑が貯槽として役立つ。
【０００４】
この関係において、ガス貯蔵発電設備は従来はガス貯槽を充填するコンプレサは充填周期中に作動され、同時に連動電動モ−タにより駆動される。この場合に、電気エネルギ−は公共電力供給ネットワ−クから引き出される。この充填段階では、コンプレサグル−プの作動は有効な電気エネルギ−に依存して行われる。公共ネットワ−クへ電気エネルギ−を供給するために、ガス貯槽を放出するタ−ビンは放出周期中に作動され、連動した発電機を駆動する。ガス貯蔵発電設備のタ−ボグル−プは、出来るだけ多くの電気エネルギ−が全電流発生段階に渡り公共ネットワ−クへ供給されるように、従来には有効なガス貯槽に依存した寸法に形成される。それ故に、タ−ボグル−プは、電流発生段階中にガス貯槽から引き出しできるエネルギ−の最大化によって設計されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、設備の運転収益性を改良する方法を見出す最初に述べられたタイプのガス貯蔵発電設備についての問題に関連する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この問題は独立請求項の主題によって解決される。従属請求項は有益な実施例に関係する。
【０００７】
この発明は、互いに独立的に作動され得る複数のコンプレサ及び／又は互いに独立的に作動され得る複数の圧縮空気作動エンジン、例えばタ−ビンをガス貯蔵発電設備に備えて、同時運転コンプレサ或いは同時運転エンジンの数は特定時間において行われる電流価格により決定される一般理念に基づいている。それで、ガス貯蔵発電設備の設計において、この発明は、エンジン或いはコンプレサの設計が寸法と数によって更に有効に一個の或いは複数個のガス貯槽の貯蔵能力に適合される手順を採用する。電流発生用の従来のガス貯蔵発電設備において、放出周期中に総てのタ−ビンは電流発生のために同時に使用され、出来るだけ一定に増加電流需要時間に最大の付加的電気エネルギ−を与えるのに対して、この発明の設備において電気エネルギ−の発生は他の基準によって生じ、正確に特定時間における行われる電流価格に依存して変動される。結果として、増加電流需要の時間内で特定時間における行われる電流価格に依存して微分ができ、この結果、抽出周期の運転結果が改良される。
【０００８】
発展例では、第一電流価格において、少なくとも一つのコンプレサが少なくとも一つの電気駆動装置、例えば電動モ−タによって駆動される形式で方法は作動される。第一電流価格より安い第二電流価格において、少なくとも一つの他のコンプレサが少なくとも一つの電気駆動装置、例えば電動モ−タによって駆動される。第一電流価格より高い第三電流価格において、少なくとも一つのエンジン、例えばタ−ビンが少なくとも一つの電気発生装置、例えば発電機を駆動する。第三電流価格より高い第四電流価格において、他のエンジン、例えばタ−ビンが少なくとも一つの電気発生装置、例えば発電機を駆動する。この態様の構造によって、コンプレサとエンジンの変動作動と非作動が具備されていて、電流価格は切り換え変数として使用される。
【０００９】
有益精油によると、放出周期に電流価格掛ける排出電流量の積の最大化によってエンジンの作動と非作動を実施することが提案されている。これは殆どの電流が最高負荷時間に最大電流価格で発生され、一致して僅かな電流が隣接低価格領域に発生されることを意味する。この手順によって、電流発生中に達成され得る形状は増加される。
【００１０】
それに対応して、ガス貯槽を充填するために受けた価格は、充填周期にコンプレサの作動と非作動が電流価格掛ける消費電流量の積の最小化によって実施される。これは、総てのコンプレサが最低電流価格による時間にのみ作動され、一個以上のコンプレサが隣接低価格領域で作動されない。
【００１１】
エンジンとコンプレサの作動と非作動がガス貯槽の充填状態に動的に適合される発展例は、特に有益である。例えば、ガス貯槽が完全に充填されていない場合には、エンジンが極めて高い電流価格領域でのみ作動されるならば、放出周期中の形状が増加される。
【００１２】
本発明のそれ以上の重要な特徴と利点は副請求項から、図面からと図面を参照しながらの添付図記述から収集される。
【００１３】
この発明の好ましい実施例は図面に例示され、次の記述で更に詳細に説明される。図面には各場合において概略的に、図１はこの発明によるガス貯蔵発電設備の著しく簡略された基本例示を示し、図２はこの発明による運転方法を例示するグラフを示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１によると、この発明によるガス貯蔵発電設備１は複数の、ここで９個のコンプレサ２と、複数の、ここで４個の圧縮空気作動エンジン３と、ガス貯槽４とから成る。エンジン３は好ましくはタ−ビンとして設計され、同様に以下３により示される。
【００１５】
すべて三つのコンプレサ２はコンプレサグル−プ５を形成するように結合されており、三つのコンプレサ２は共通軸６を介してコンプレサグル−プ５に選定された電気駆動装置７に駆動接続されている。好ましくは、駆動装置７は電動モ−タとして設計され、同様に以下７により示される。電動モ−タ７は各場合に公共電力供給ネットワ−ク８に接続される。各コンプレサグル−プ５において異なる圧力段階に選定された三つのコンプレサ２があるので、各コンプレサグル−プ５は低圧コンプレサ２ａ，中間圧コンプレサ２ｂと高圧コンプレサ２ｃから成る。圧縮ガスを冷却する熱交換機９は個々の圧縮段階間に設けられている。
【００１６】
一致して、すべて２個のエンジン３はエンジングル−プ１０を形成するか、或いはすべて２個のエンジン３はタ−ボグル−プ１０を形成するように結合される。タ−ボグル−プ１０の２個のエンジン３は各場合の共通軸１１を介してタ−ボグル−プ１０の電流発生装置に接続され、前記電流発生装置は発電機１２として設計され、公共電力供給ネットワ−ク８に接続される。ガス貯槽４のガスにより最初に作用されたタ−ビン３が直接にガスを供給されながら、他のタ−ビン３は次のタ−ビン３に作用する熱燃焼排気ガスを発生させるバ−ナ−１３に選定される。空気は通常、貯槽ガスとして或いは作動ガスとして使用されるので、空気により作用されたタ−ビン３は空気タ−ビン３ａを形成し、バ−ナ−１３の排気ガスにより作用されたタ−ビン３はガスタ−ビン３ｂを構成する。便宜的に、ガスタ−ビン３ｂから出る熱排気ガスによって、空気タ−ビン３ａに供給された空気はここで例示されていない復熱器を介して予熱され、それによりタ−ビン処理の全効率を改良する。
【００１７】
ガス貯槽４はコンプレサ２によって充填周期中に充填され得る。この場合に、コンプレサグル−プ５のコンプレサ２ａ，２ｂと２ｃは一体的に作動され、非作動される。これに対して、個々のコンプレサグル−プ５は互いに独立的に作動され、非作動される。低価格電流が電力供給ネットワ−ク８を介して利用できる時に、充填周期が実施される。次に、電力は電力供給ネットワ−ク８から電動モ−タ７を介して抽出され、コンプレサ２を駆動するために使用される。
【００１８】
放出周期に、タ−ビン３はガス貯槽４に収容されたガスにより直接に或いは間接に作用される。この場合に、タ−ビン３ａと３ｂ或いはタ−ボグル−プ１０は各場合に同時に作動され、非作動される。その軸１１を介して作動タ−ボグル−プ１０は、電流を発生させ、対応電力を電力供給ネットワ−ク８へ供給する連動発電機１２を駆動する。特にタ−ボグル−プ１０が互いに独立的に作動され、非作動されることが重要である。この種類の放出周期は最高負荷時間中に生じる。
【００１９】
図２によるグラフにおいて、ユ−ロ符号Ｃにより表示される電流価格は縦座標に記入され、時間ｔは横座標に記入される。図２から収集されると、電流価格Ｃの形状Ｉは著しい時間変動を呈示される。水平線により表示され且つＩＩにより選定された平均価格基準に関して、ラインＩＩの上にある高価格段階ＩＩＩは、ラインＩＩの下にある低価格段階ＩＶから微分される。電流価格Ｃは厳密に市場経済状況に依存し、即ち供給と需要との間の関係に依存する。従って、高価格段階ＩＩＩは例えば−日にわたり増加電流需要の時間と相関され、低価格段階ＩＶは例えば夜に低電流消費の時間に起こる。それ故に、ガス貯蔵発電設備１の充填周期を低価格段階ＩＶへ置くことが得策であるので、比較的低価格がガス貯槽４を充填するようにこうむるにちがいない。これに対して、ガス貯蔵発電設備１の放出周期は理論的に電流価格形状Ｉの高価格段階ＩＩＩに置かれて、出来るだけ高い設備１の利益を達成する。
【００２０】
本発明によると、微分が高価格段階ＩＩＩ内と低価格段階ＩＶ内で実施され、これはタ−ビン作動用の低価格閾値Ｔ1 からＴ4 までによってとコンプレサ作動用の電流価格閾値Ｋ1 からＫ4 までによって達成される。図２のグラフにおいて、前記電流価格閾値は水平ラインＴ1 からＴ4 までとＫ1 からＫ4 までによって表現される。
【００２１】
図２に例示された実施例において、ガス貯蔵発電設備１は、互いに独立的に作動され、非作動され得る４個のタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０を有すべきである。この場合のＭは独立タ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０の数を表す。それ故に、実施例では、Ｍ＝４である。一致して、ここで、ガス貯蔵設備１は、互いに独立的に作動され、非作動され得る４個のコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５を有する。この場合のＮは独立コンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５の数を示すので、ここで、Ｎ＝４である。更に本発明は多少のタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０と多少のコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５を具備されていることが明らかである。
【００２２】
本発明による運転方法は次のように作用する：
上昇電流需要により、電流価格Ｃは形状Ｉによる高価格ＩＩＩ内で増加する。しかしながら、電流価格Ｃが最低電流価格閾値Ｔ1 以下に残る限り、タ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０は作動されない。電流価格Ｃがこの電流価格閾値Ｔ1 を越えるとすぐに、しかし、第一タ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０は作動され、この際にＭ−３＝１個のタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０は作動する。次の電流価格閾値Ｔ2 が超過されると、第二タ−ビン３或いはタ−ビングル−プ１０は作動される。次の電流価格閾値Ｔ3 とＴ4 が超過されると、第二タ−ビン３或いはタ−ビングル−プ１０の作動が一致して起こる。電流価格形状Ｉが最高電流価格閾値Ｔ4 を越えた後に、ガス貯蔵発電設備の総てのタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０は作動し、比較的に費用のかからない電流を発生させる。電流需要の降下と電流価格の降下とにより、他方の後の一個のタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０は電流価格閾値Ｔ4 からＴ1 までが下回ると、作動されない。従って、同時作動タ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０の数は特定時間における電流価格に依存する。この場合に、特定時間における電流価格が高ければ高いほど、多くのタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０が作動される。この手順によって、貯蔵ガスによりガス貯槽４に貯蔵された位置エネルギ−は有益に電流への増加範囲に変換され得る。それ故に、便宜に、そのような放出周期間にタ−ビン３或いはタ−ボグル−プ１０の作動と非作動は電流価格掛ける排出電流量の積の最大化、即ち報酬の最高化を生じるような方法で実施される。
【００２３】
一致して、低圧段階ＩＶにおいて、コンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５の波形割り込み或いは作動が生じる。第一電流価格閾値Ｋ1 以上で、コンプレサ２のどれも、或いはコンプレサグル−プ５のどれもが作動しない。電流価格Ｃが更に降下して第一電流価格閾値Ｋ1 を下回るときにのみ、第一コンプレサ２或いは第一コンプレサグル−プ５が作動され、ガス貯槽４の充填を開始する。電流価格が更に降下すると、それ以上のコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５が徐々に割り込まれる。最低電流価格閾値Ｋ1 が下回る時のみ、総てのコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５が作動される。一致して、上昇電流価格により、個々のコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５が連続して再び作動されない。従って、同時作動コンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５の数は同様に特定時間における電流価格に依存し、多くのコンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５が作動されるならばされるほど、特定時間における電流価格が安くなる。この手順によって、ガス貯槽４の充填に生じた価格は低下される。便宜に、ここでも、充填周期の間に、コンプレサ２或いはコンプレサグル−プ５の作動と非作動は、電流価格掛ける消費電流量の積の最小化、即ち消費の最小化が設立されるような形式で実施される。最小化消費と最大化報酬により、ガス貯蔵発電設備１の利益とその効率は最適化され得る。
【００２４】
更に、この関係は次のように説明され得る：例えば電流価格閾値Ｋ1 に生じる第一電流価格Ｃ1 において、コンプレサ２の少なくとも一つが連動電動モ−タ７によって駆動される。第一電流価格Ｃ1 より安く、例えば電流価格閾値Ｋ2 を生じる第二電流価格Ｃ2 において、少なくとも一つのそれ以上のコンプレサ２は連動電動モ−タ７によって駆動される。第一電流価格Ｃ1 より高く、例えば電流価格閾値Ｔ1 を生じる第三電流価格Ｃ3 において、少なくとも一つのタ−ビン３が連動発電機１２を駆動する。第三電流価格Ｃ3 より高く、例えば、電流価格閾値Ｔ2 を生じる第四電流価格Ｃ4 において、少なくとも一つのそれ以上のタ−ビン３が連動発電機１２を駆動する。
【００２５】
電流価格閾値Ｔ1 からＴ4 までとＫ1 からＫ4 までがガス貯槽４の充填状態に動的に適合される実施例は特殊な興味をもつ。この動的適合はこの場合に、タ−ビン作動のために選択された電流価格閾値Ｔ1 からＴ4 までが低くなればなるほど、ガス貯槽４が充満される。これと違って、コンプレサ作動のために選択された電流価格閾値Ｋ1 からＫ4 までが高ければ高いほど、ガス貯槽４が空にされる。この特殊手順は完全に充填されたガス貯槽４が高価格地域ＩＩＩ内の比較的低電流価格の場合にさえ有益に放出され、それにもかかわらず、部分的にのみ充填されたガス貯槽４において、放出周期中に利益を最適化するために高価格地域ＩＩＩ内でより高い電流価格を待つことが必要である知識を利用する。同じことが一致して充填周期に適用する。大きく放出されたガス貯槽４の充填中に充填が低価格地域ＩＶ内で比較的高い電流価格でさえ開始されなければならないが、それにもかかわらず、部分的にのみ充填されたガス貯槽４において、低価格地域ＩＶ内で著しく低い価格を待つことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるガス貯蔵発電設備の著しく簡略された基本例示を示す。
【図２】この発明による運転方法を例示するグラフを示す。
【符号の説明】
１．．．．．ガス貯蔵発電設備
２．．．．．コンプレサ
２ａ．．．．低圧コンプレサ
２ｂ．．．．中間圧コンプレサ
２ｃ．．．．高圧コンプレサ
３．．．．．タ−ビン
３ａ．．．．空気タ−ビン
３ｂ．．．．ガスタ−ビン
４．．．．．ガス貯槽
５．．．．．コンプレサグル−プ
６．．．．．５の軸
７．．．．．電動モ−タ
８．．．．．電力供給ネットワ−ク
９．．．．．熱交換機
１０．．．．タ−ボグル−プ
１１．．．．１０の軸
１２．．．．発電機
１３．．．．バ−ナ−
Ｉ．．．．．電流価格形状
ＩＩ．．．．平均価格基準
ＩＩＩ．．．高価格地域
ＩＶ．．．．低価格地域
Ｔ1 toＴ4 ．．タ−ビン作動用の電流価格閾値
Ｋ1 toＫ4 ．．コンプレサ作動用の電流価格閾値
Ｍ．．．．．独立コンプレサ或いはコンプレサグル−プの数
Ｃ．．．．．電流価格
ｔ．．．．．時間
【図１】
0004439166.tif 000002
【図２】
0004439166.tif 000003