(57)【要約】  発電システムは、周囲吸気を受容する主コンプレッサ（１２）と、主膨張タービン（１４）と、主燃焼器（１６）と、発電を行う発電機（１５）とを有する燃焼タービン組立体（１１）を含む。空気貯蔵室（１８’）は、圧縮空気を貯蔵するための容量を有する。加湿源（２３、３４、４２）は、空気貯蔵室を出る圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する。熱交換器（２４）は、熱源と加湿した圧縮空気とを受容することで、加湿した圧縮空気を加熱する。空気エキスパンダ（３０）は、追加の発電を行うために、加熱し加湿した圧縮空気を排出大気圧まで膨張させ、出力増大のために、空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を燃焼タービン組立体に噴射させる。発電機（３１）は、空気エキスパンダと関連して追加の発電を行う。圧縮空気を加湿することによって、同じ貯蔵／生成エネルギーのための圧縮空気貯蔵室の容量を減少させることができる。
2012515878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、前記主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、前記主コンプレッサからの圧縮空気を受容し予熱し、前記主膨張タービンに供給するように構成されて配置された主燃焼器と、前記主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを含む燃焼タービン組立体と、
圧縮空気を貯蔵するための容量を有する空気貯蔵室と、
前記空気貯蔵室を出る前記圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する加湿源と、
熱源を受容し前記加湿した圧縮空気を受容することで、前記加湿した圧縮空気を加熱するように構成されて配置された熱交換器と、
追加の発電を行うために、前記加熱し加湿した圧縮空気を排出大気圧まで膨張させるように構成され配置された空気エキスパンダであって、出力増大のために、前記空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を一定の条件下で燃焼タービン組立体に噴射させるように構成されて配置された空気エキスパンダと、
前記空気エキスパンダと関連して追加の発電を行う発電機と
を含むことを特徴とする圧縮空気エネルギー貯蔵発電システム。
【請求項２】
前記加湿源がサチュレータであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記加湿源が熱回収蒸気発生器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記加湿源が前記システムの外部の発生源からの蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムと、加湿源を有さない第２のシステムが実質的に同じ合計正味出力と貯蔵エネルギーを生成する場合に、前記空気貯蔵室の容量を、前記加湿源を有さない第２のシステムの空気貯蔵室の容量と比べて約１．５〜２．５倍削減することができながらも、前記加湿源が前記加湿した圧縮空気を供給するのに十分なものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記熱源が前記主膨張タービンからの排気であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記空気貯蔵室と関連して前記空気貯蔵室に圧縮空気を供給するコンプレッサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、約５〜２５ＭＷの合計正味出力を提供するように構成されて配置され、前記圧縮空気貯蔵室が圧力容器または配管を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記空気流のすべてまたは前記一部を前記主燃焼器の上流側の前記燃焼タービン組立体に噴射することができる配管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記空気流のすべてまたは一部を前記主コンプレッサに関連する空気と混合することができる配管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記空気貯蔵室からの圧縮空気を受容し、燃料を燃焼することによって前記圧縮空気を予熱することで、前記予熱された圧縮空気を前記空気エキスパンダに供給し、前記燃焼タービン組立体が動作していない時に同期予備電源を提供するように構成された第２の燃焼器を、前記空気貯蔵室と前記空気エキスパンダとの間にさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、前記主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、前記主コンプレッサからの圧縮空気を受容し予熱し、前記主膨張タービンに供給するように構成されて配置された少なくとも１つの燃焼器と、前記主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを含む燃焼タービン組立体を有する圧縮空気エネルギー貯蔵発電システムの空気貯蔵室の容量を削減する方法であって、
空気貯蔵室から圧縮空気を放出すること、
前記空気貯蔵室から放出された前記圧縮空気を加湿すること、
前記加湿した圧縮空気を加熱すること、
前記加熱し加湿した圧縮空気を空気エキスパンダで膨張させることであって、前記空気エキスパンダは、出力増大のために、前記空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を一定の条件下で、抽出し、前記燃焼タービン組立体に噴射させるように構成されて配置されていること、
前記空気エキスパンダで膨張させた空気を使用して、発電機を介して追加の発電を行うこと、
を含み、
前記圧縮空気を加湿することによって、前記空気貯蔵室に貯蔵される圧縮空気の容量を、前記加湿ステップが存在しない場合の容量と比べて削減することができることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記システムが約５〜２５ＭＷの合計正味出力を提供するように構成されて配置され、前記方法が前記圧縮空気貯蔵室として圧力容器または配管を使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
サチュレータが前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
熱回収蒸気発生器が前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記システムの外部の発生源からの蒸気が前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記システムと、前記放出された圧縮空気を加湿しない第２のシステムが実質的に同じ合計正味出力を生成し、同じ貯蔵／生成エネルギーを有する場合に、前記空気貯蔵室の容量を、前記放出された圧縮空気を加湿しない第２のシステムの空気貯蔵室の容量と比べて約１．５〜２．５倍削減することができることが、前記加湿ステップによって保証されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記加熱ステップが、熱源として前記主膨張タービンからの排気を使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記空気流の前記一部が前記主燃焼器の上流側に噴射されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記空気流のすべてまたは前記一部が、前記主コンプレッサに関連する空気と混合されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年１０月３日に出願された米国特許出願第１２／２８５，４０４号の一部継続出願である。前記米国特許出願第１２／２８５，４０４号は、２００８年３月２１日に出願され、現在は米国特許第７，４０６，８２８号となっている米国特許出願第１２／０７６，６８９号の継続出願である、２００８年７月１１日に出願された米国特許出願第１２／２１６，９１１号の一部継続出願である。前記米国特許出願第１２／０７６，６８９号は、２００７年１月２５日に出願され、現在は放棄されている米国特許出願第１１／６５７，６６１号の分割出願である。
【０００２】
分野
本実施形態は圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電プラントに関し、より具体的にはＣＡＥＳプラントの圧縮空気貯蔵室容量の削減に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
米国特許第７，３８９，６４４号および第７，４０６，８２８号ではそれぞれ、主に岩塩、帯水または硬岩地層を利用した地下貯蔵室に圧縮空気が貯蔵されるＣＡＥＳ発電プラントが開示されている。大容量ＣＡＥＳプラントの拠点は、大規模電力グリッド周辺における圧縮空気の貯蔵に許容される地層が存在するかに左右される。小容量ＣＡＥＳプラント（例えば５〜２５ＭＷ（メガワット））は、小規模風力発電所および小規模分散型発電グリッドの負荷管理に使用される。小規模ＣＡＥＳプラントの複数拠点は、都市および人口集中地域にあることが多いエネルギー需用者の拠点によって左右される。これらの都市地域が必ずしも圧縮空気の貯蔵に適した地層を有するわけではないことは明らかである。たとえ適した地層があったとしても、圧縮空気の貯蔵容量はきわめて少なく、地下の地層中に貯蔵室を建設するにはきわめて費用がかかるものと思われる。したがって、小容量ＣＡＥＳプラントの場合は、地上の圧力容器および／または配管内に圧縮空気を貯蔵するのが最良の代替案となる。それでもやはり地上の貯蔵室はきわめて費用がかかり、その費用は容量に正比例している。
【発明の概要】
【０００４】
概要
ＣＡＥＳプラント、より具体的には地上の圧縮空気貯蔵室を使用する小規模ＣＡＥＳプラントの圧縮空気貯蔵容量を削減することが必要とされている。
【０００５】
本発明の目的は、前述の必要性を満たすことである。一実施形態の原理によれば、本目的は、周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、主コンプレッサから受容した圧縮空気を予熱し主膨張タービンに供給するように構成されて配置された主燃焼器と、主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを有する燃焼タービン組立体を含む圧縮空気エネルギー貯蔵発電システムを提供することによって得られる。空気貯蔵室は、一定の貯蔵エネルギーに関連した圧縮空気を貯蔵するために一定の容量を有する。加湿源は、空気貯蔵室を出る圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する。熱交換器は、熱源を受容し加湿した圧縮空気を受容するように構成されて配置されることで、加湿した圧縮空気を加熱する。空気エキスパンダは、追加の発電を行うために、加熱し加湿した圧縮空気を排出大気圧まで膨張させ、燃焼タービンの出力増大を目的とする追加の出力を生成するために、空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を一定の条件下で燃焼タービン組立体に噴射させるように構成されて配置される。空気エキスパンダに関連する発電機が追加の発電を行う。圧縮空気の加湿によって、一定の貯蔵エネルギーに関連する空気貯蔵室の容量を減少させ、それにより空気貯蔵室のサイズとコストを削減することができる。空気貯蔵室を充填するコンプレッサについても、これに対応してコンプレッサのサイズ、コストおよび消費電力が削減される。
【０００６】
一実施形態の別の態様によれば、圧縮空気エネルギー貯蔵発電システムの空気貯蔵室の容量を削減するための方法が提供される。本システムは、周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、主コンプレッサから受容した圧縮空気を予熱し主膨張タービンに供給するように構成されて配置された少なくとも１つの燃焼器と、主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを有する燃焼タービン組立体を含む。空気貯蔵室は、一定の貯蔵エネルギーに関連する圧縮空気を貯蔵するための一定の容量を有する。本方法は、湿度を与えることで、空気貯蔵室から出る圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する。次に、加湿した圧縮空気は加熱される。加熱し加湿した圧縮空気は、空気エキスパンダ内で膨張させる。空気エキスパンダで膨張させた空気を発電機が使用して、追加の電力が生成される。空気エキスパンダは、空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を抽出し、一定の条件下で燃焼タービン組立体に噴射させて、燃焼タービンの出力増大により追加の出力を生成するように構成されて配置される。
【０００７】
本発明の他の目的、特徴、および特性、ならびに構造体の関連要素の動作方法および機能、製造部品と製造の経済的要因の組み合わせは、添付の図面を参照しながら、本明細書の一部を形成する以下の詳細説明および添付の特許請求の範囲を検討すればより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図面の簡単な説明
本発明は、添付の図面と共に、以下に示す本発明の好ましい実施形態の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。尚、添付の図面において、同一の参照番号は同一の部品を表す。
【図１】図１は、圧縮空気を貯蔵するために比較的大規模な地下空気貯蔵室を有する、米国特許第７，４０６，８２８号に開示される型式のＣＡＥＳ発電システムの概略図である。
【図２】図２は、一実施形態に従って加湿源としてサチュレータを有し、それにより加湿した圧縮空気を使用することで、空気貯蔵室の容量および空気貯蔵室に充填するためのコンプレッサのサイズを削減することができるＣＡＥＳ発電システムの概略図である。
【図３】図３は、別の実施形態に従って加湿源として熱回収蒸気発生器を有し、それにより加湿した圧縮空気を使用することで、空気貯蔵室の容量および空気貯蔵室に充填するためのコンプレッサのサイズを削減することができるＣＡＥＳ発電システムの概略図である。
【図４】図４は、本発明のさらに別の実施形態に従って加湿源としてシステム外部の蒸気を有し、それにより加湿した圧縮空気を使用することで、空気貯蔵室の容量および空気貯蔵室に充填するためのコンプレッサのサイズを削減することができるＣＡＥＳ発電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施例の詳細な説明
ＣＡＥＳシステムでは、貯蔵された圧縮空気が圧縮空気貯蔵室から引き抜かれ、燃焼タービンの排気熱を利用して予熱された後、増大した燃焼タービン出力に加えてボトミングサイクル出力も生成するエキスパンダに導入されることが、内容が参考として本明細書で援用されている米国特許第７，３８９，６４４号および第７，４０６，８２８号に開示されている。ボトミングサイクルエキスパンダにより生成される出力は、他の特徴と共に、貯蔵室から引き抜かれる圧縮空気流とエキスパンダの吸気温度および圧力とに正比例する。エキスパンダの圧縮空気流および温度は、燃焼タービン／他の熱源の利用可能な排熱に基づいて最適化される。例えば、図１には、比較的大規模な地下圧縮空気貯蔵室１８から４７．５ｌｂｓ／ｓｅｃ（ポンド／秒）の空気流が引き抜かれ、１５．３ＭＷの合計正味出力および９．４４ＭＷのボトミングサイクルエキスパンダ出力を生成する、米国特許第７，４０６，８２８号のＣＡＥＳプラント１０が示されている。特許取得済みの概念と新しい実施形態との比較解析では、ちょうど約１５ＭＷのＣＡＥＳプラントの正味出力が選択されている。正味出力の範囲は実質的に制限がないが、地上の圧縮空気貯蔵室を備えた特定の概念に基づくと、典型的な正味出力は５〜２５ＭＷの範囲であることが予想される。
【００１０】
図２を参照すると、総じて１０’として示されている、本発明の一実施形態に基づく出力の増大したＣＡＥＳ発電システムが示されている。システム１０’は、総じて１１として示されている従来の燃焼タービン組立体を含み、前記燃焼タービン組立体は、吸気口１３で周囲温度の吸気源を受容し、予熱のために圧縮空気を主燃料燃焼器１６に供給する主コンプレッサ１２と、主コンプレッサ１２と作動的に関連し、燃焼器１６が主膨張タービン１４に供給する主膨張タービン１４と、発電を行う発電機１５とを有する。
【００１１】
５〜２５ＭＷの圧縮空気エネルギー貯蔵プラントの場合は、少なくとも１つの補助コンプレッサ２０により圧縮される空気を貯蔵する圧力容器および／または配管を利用した好ましくは地上型の空気貯蔵室１８’を備える。コンプレッサ２０にはインタークーラ１９が関連してもよい。本実施形態では、モータ２１が補助コンプレッサ２０を駆動させているが、エキスパンダまたは他の動力源が駆動させてもよい。補助コンプレッサ２０は、オフピーク時に圧縮空気を貯蔵室１８’に供給する。本実施形態によれば、加湿源は空気貯蔵室１８’の排気口２２と関連している。図２に示す通り、加湿源は、空気貯蔵室１８’から圧縮空気を受容し、受容した圧縮空気を温水で加湿するように構成されて配置されたサチュレータ２３である。サチュレータ２３には従来の温水ヒータ２５およびポンプ２７が関連している。熱交換器２４は、熱源（例えば、主膨張タービン１４からの排気２９）を受容すると共に、サチュレータ２３から加湿した圧縮空気を受容して、受容した加湿した圧縮空気を加熱するように構成されて配置される。主タービン１４からの排気２９の代わりに、または前記排気２９に加えて、熱交換器２４はいずれかの外部から供給可能な熱源を受容してもよい。
【００１２】
熱交換器２４の出口２６は、以下で機能を説明するオプションの燃焼器２８に接続され、前記燃焼器２８がエキスパンダ３０に供給する。エキスパンダ３０は、エキスパンダ３０による追加の発電のために好ましくは発電機３０に接続される。エキスパンダ３０に送る圧縮空気を加熱する熱交換器２４もオプションである。
【００１３】
ピーク時の主発電動作モードで、燃焼器２８が動作していない時には、空気貯蔵室１８’からの圧縮空気がサチュレータ２３を介して供給されて加湿され、熱交換器２４で予熱され、エキスパンダ３０に送られる。加湿し加熱した空気は、発電機３１に接続され、追加の発電を行うエキスパンダ３０を介して膨張される。エキスパンダ３０から抽出された空気流が、燃焼タービンの制限と最適化により決定される噴射流パラメータを用いて、好ましくは燃焼器１６の上流側の燃焼タービン組立体１１に噴射される。図２に示す通り、構造体３２は、空気噴射を容易にするために構造体３３と連通している。本実施形態において、構造体３２および３３は、好ましくは配管構造体である。噴射は、一定の条件下で制限または限定されてもよい。例えば、燃焼タービンメーカーが公表するデータに基づくと、低周囲温度での噴射が許容されず、或いは、可能でない場合もあれば、または噴射地点へのアクセス性により噴射が許容されず、或いは、可能でない場合もあり、または運転上の判断により噴射が行われない場合もある。燃焼器１６の上流側の燃焼タービン組立体１１に噴射された抽出空気流は、最大約２０〜２５％の燃焼タービン出力の増大をもたらす。エキスパンダ３０に残留する空気流は、低圧段を介して大気圧に膨張される。したがって、噴射が可能である、または要求される場合には、エキスパンダ３０からのすべての空気流が、大気圧に排出されるわけではない。
【００１４】
別法として、ピーク時の主発電動作モードで、燃焼器２８が動作していない時には、予熱した加湿した圧縮空気の圧力をエキスパンダ３０が低下させるため、圧縮空気の温度が低下する。したがって、エキスパンダ３０からの冷気（周囲温度より低温）を、構造体３２’を介して吸気口１３で周囲空気と連通させることによって、周囲吸気と低温のエキスパンダの排気とを混合し、主コンプレッサ１２が受容する前に吸気の全体温度を低下させてもよい。主コンプレッサ１２が受容する前に吸気の全体温度を低下させることにより、最大約２０〜２５％の燃焼タービン出力の増大がもたらされる。本実施形態において、構造体３２’は、エキスパンダ３０の排気段と主コンプレッサ１２の吸気口１３との間の配管であり、配管３２の代替となる。
【００１５】
圧縮空気がサチュレータを介して加湿されることにより、空気貯蔵室１８’からの流量は、サチュレータ２３を使用しない図１の４７．５ｌｂｓ／ｓ（ポンド／秒）と比べて、２８ポンド／秒にまで減少される。合計正味出力を実質的に維持したまま（例えば、図２の場合１５ＭＷ、図１の場合１５．３ＭＷ）空気貯蔵室１８’からの流量を減少させるため、空気貯蔵室１８’の容量を好都合に削減し、それによりそのコストを削減することができる。図２の実施形態において、所定の同じ貯蔵／生成エネルギーを供給するには、図１の空気貯蔵室１８の容量と比べて、空気貯蔵室１８’の容量を約１．７倍削減することができる。さらに、空気貯蔵室１８’に供給する空気がより少なくてすむため、コンプレッサ２０のサイズとそれによってコストも削減し、それに伴ってコンプレッサ２０の電力消費量も削減することができる。
【００１６】
ごく短時間の非常動作モードである同期予備電源動作モードでは、燃焼器２８が動作しており、燃焼タービン組立体１１は動作していない。熱交換器２４およびサチュレータ２３も動作不能にしてもよい。貯蔵室１８’からの圧縮空気は、燃料を燃焼させる燃焼器２８で予熱され、エキスパンダ３０に供給される。加熱した空気はエキスパンダ３０を介して膨張される。前記エキスパンダ３０は、発電機３１と接続されており、燃焼タービン組立体１１の動作とは独立しており、同期予備電源動作のため実質的に即時に始動する。
【００１７】
図３を参照すると、システム１０’’では、サチュレータ２３の代わりに、熱回収蒸気発生器（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）３４が加湿源となっている。したがって、空気貯蔵室１８’からの圧縮空気は、熱交換器２４がさらに予熱しエキスパンダ３０で膨張させる前に、ＨＲＳＧ３４で生成される蒸気と混合される。ＨＲＳＧ３４は、好ましくはタービン１４からの排気を熱源として利用する。熱交換器２４の上流側、または熱交換器２４とＨＲＳＧ３４との間、エコノマイザ４０および空気予熱器３８との間のいずれかに、ダクトバーナ３６を備えてもよい。圧縮空気がＨＲＳＧ３４を介して加湿されることにより、空気貯蔵室１８’からの流量は、ＨＲＳＧ３４を使用しない図１の４７．５ポンド／秒と比べて、２８ポンド／秒にまで減少される。合計正味出力を実質的に維持したまま（例えば、図３の場合１５ＭＷ、図１の場合１５．３ＭＷ）空気貯蔵室１８’からの流量を減少させるため、所定の同じ貯蔵／生成エネルギーを供給するための空気貯蔵室の容量を好都合に削減し、それによりコストも削減することができる。
【００１８】
図４を参照すると、システム１０’’’では、ＨＲＳＧ３４の代わりに、システム１０’’’の外部で生成される蒸気３８が加湿源となっている。追加された蒸気３８を介して圧縮空気が加湿されることにより、空気貯蔵室１８’からの流量は、追加の蒸気３８を使用しない図１の４７．５ポンド／秒と比べて、２８ポンド／秒にまで減少される。合計正味出力を実質的に維持したまま（例えば、図４の場合１５ＭＷ、図１の場合１５．３ＭＷ）空気貯蔵室１８’からの流量を減少させるため、所定の同じ貯蔵／生成エネルギーを供給するための空気貯蔵室の容量を好都合に削減し、それによりコストも削減することができる。
【００１９】
このように、種々の実施形態のシステムは、追加の発電を行うためにエキスパンダ３０に導入される前に、貯蔵された圧縮空気を加湿する。圧縮空気の加湿により、加湿した圧縮空気流の質量は（加湿温度および圧力に応じて）約１．５〜２．５倍も大幅に増大し、エキスパンダ３０の出力が大幅に増大する。エキスパンダ３０に導入される加湿した圧縮空気の流量と温度は、燃焼タービン組立体１１および／または他の熱源の利用可能な排熱に基づいて最適化される。エキスパンダ３０で加湿した圧縮空気流を使用することで、（図１のシステム１０と比べて）実質的に同じ出力をエキスパンダ３０を介して生成しながら、貯蔵された「乾燥した」圧縮空気流の質量が約１．５〜２．５倍も大幅に削減され、これに応じて圧縮空気貯蔵室の容量とそのコストも削減される。したがって、約１５ＭＷという実質的に同じ合計正味出力と実質的に同じ貯蔵／生成エネルギーを供給する図２、図３および図４の小規模ＣＡＥＳシステムでは、地上貯蔵室１８’のコストが大幅に削減され、実現可能なものとなる。
【００２０】
上記の好敵な実施形態は、本発明の構造的原理と機能的原理を図示すると共に、好敵な実施形態の使用方法を図示する目的で示し、説明したものであり、当該原理から逸脱することなく変更されることがある。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲に包含されるすべての変形例を含む。
【図１】
2012515878.tif 000003
【図２】
2012515878.tif 000004
【図３】
2012515878.tif 000005
【図４】
2012515878.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月29日(2011.12.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、前記主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、前記主コンプレッサからの圧縮空気を受容し予熱し、前記主膨張タービンに供給するように構成されて配置された主燃焼器と、前記主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを含む燃焼タービン組立体と、
圧縮空気を貯蔵するための容量を有する空気貯蔵室と、
前記空気貯蔵室を出る前記圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する加湿源と、
熱源を受容し前記加湿した圧縮空気を受容することで、前記加湿した圧縮空気を加熱するように構成されて配置された熱交換器と、
追加の発電を行うために、前記加熱し加湿した圧縮空気を排出大気圧まで膨張させるように構成され配置された空気エキスパンダであって、出力増大のために、前記空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を一定の条件下で燃焼タービン組立体に噴射させるように構成されて配置された空気エキスパンダと、
前記空気エキスパンダと関連して追加の発電を行う発電機と
を含むことを特徴とする圧縮空気エネルギー貯蔵発電システム。
【請求項２】
前記加湿源がサチュレータであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記加湿源が熱回収蒸気発生器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記加湿源が前記システムの外部の発生源からの蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムと、加湿源を有さない第２のシステムが実質的に同じ合計正味出力と貯蔵エネルギーを生成する場合に、前記空気貯蔵室の容量を、前記加湿源を有さない第２のシステムの空気貯蔵室の容量と比べて約１．５〜２．５倍削減することができながらも、前記加湿源が前記加湿した圧縮空気を供給するのに十分なものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記熱源が前記主膨張タービンからの排気であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記空気貯蔵室と関連して前記空気貯蔵室に圧縮空気を供給するコンプレッサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムが、約５〜２５ＭＷの合計正味出力を提供するように構成されて配置され、前記圧縮空気貯蔵室が圧力容器または配管を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記空気流のすべてまたは前記一部を前記主燃焼器の上流側の前記燃焼タービン組立体に噴射することができる配管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記空気流のすべてまたは一部を前記主コンプレッサに関連する空気と混合することができる配管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記空気貯蔵室からの圧縮空気を受容し、燃料を燃焼することによって前記圧縮空気を予熱することで、前記予熱された圧縮空気を前記空気エキスパンダに供給し、前記燃焼タービン組立体が動作していない時に同期予備電源を提供するように構成された第２の燃焼器を、前記空気貯蔵室と前記空気エキスパンダとの間にさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、前記主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、前記主コンプレッサからの圧縮空気を受容し予熱し、前記主膨張タービンに供給するように構成されて配置された少なくとも１つの燃焼器と、前記主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを含む燃焼タービン組立体を有する圧縮空気エネルギー貯蔵発電システムの空気貯蔵室の容量を削減する方法であって、
空気貯蔵室から圧縮空気を放出すること、
前記空気貯蔵室から放出された前記圧縮空気を加湿すること、
前記加湿した圧縮空気を加熱すること、
前記加熱し加湿した圧縮空気を空気エキスパンダで膨張させることであって、前記空気エキスパンダは、出力増大のために、前記空気エキスパンダで膨張させた空気流の一部を一定の条件下で、抽出し、前記燃焼タービン組立体に噴射させるように構成されて配置されていること、
前記空気エキスパンダで膨張させた空気を使用して、発電機を介して追加の発電を行うこと、
を含み、
前記圧縮空気を加湿することによって、前記空気貯蔵室に貯蔵される圧縮空気の容量を、前記加湿ステップが存在しない場合の容量と比べて削減することができることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記システムが約５〜２５ＭＷの合計正味出力を提供するように構成されて配置され、前記方法が前記圧縮空気貯蔵室として圧力容器または配管を使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
サチュレータが前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
熱回収蒸気発生器が前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記システムの外部の発生源からの蒸気が前記圧縮空気を加湿することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記システムと、前記放出された圧縮空気を加湿しない第２のシステムが実質的に同じ合計正味出力を生成し、同じ貯蔵／生成エネルギーを有する場合に、前記空気貯蔵室の容量を、前記放出された圧縮空気を加湿しない第２のシステムの空気貯蔵室の容量と比べて約１．５〜２．５倍削減することができることが、前記加湿ステップによって保証されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記加熱ステップが、熱源として前記主膨張タービンからの排気を使用することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記空気流の前記一部が前記主燃焼器の上流側に噴射されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記空気流のすべてまたは前記一部が、前記主コンプレッサに関連する空気と混合されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
周囲吸気を受容するように構成されて配置された主コンプレッサと、前記主コンプレッサと作動的に関連する主膨張タービンと、前記主コンプレッサからの圧縮空気を受容し、前記圧縮空気を前記主膨張タービンに供給するに先立って、燃料を燃焼して前記圧縮空気を予熱するように構成されて配置された主燃焼器と、前記主膨張タービンと関連して発電を行う発電機とを含む燃焼タービン組立体と、
圧縮空気を貯蔵するための容量を有する空気貯蔵室と、
前記空気貯蔵室に圧縮空気を供給するためのモータ駆動されるコンプレッサと、
前記空気貯蔵室から解放された圧縮空気を予熱するために何らの追加の燃料を燃焼することなしに提供される熱源を受容するように構成されて配置された熱交換器と、
発電を行うために、前記加熱した圧縮空気を排出大気圧まで膨張させるように構成され配置された空気エキスパンダであって、前記主膨張タービンの軸とは別個の、且つ、いずれのコンプレッサ軸とも別個の軸に設けた独立した空気エキスパンダと、
前記空気エキスパンダと関連して発電を行う発電機と
を含むことを特徴とする圧縮空気エネルギー貯蔵発電システム。
【請求項２２】
前記熱源が前記主膨張タービンからの排気であることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
更に、前記空気貯蔵室を出る前記圧縮空気を加湿し、それにより加湿した圧縮空気を提供する加湿源を有し、前記熱交換器は、前記加湿した圧縮空気を加熱するように構成されて配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
熱交換器２４の出口２６は、以下で機能を説明するオプションの燃焼器２８に接続され、前記燃焼器２８がエキスパンダ３０に供給する。エキスパンダ３０は、エキスパンダ３０による追加の発電のために好ましくは発電機３１に接続される。エキスパンダ３０に送る圧縮空気を加熱する熱交換器２４もオプションである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図３を参照すると、システム１０’’では、サチュレータ２３の代わりに、熱回収蒸気発生器（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）３４が加湿源となっている。したがって、空気貯蔵室１８’からの圧縮空気は、熱交換器２４がさらに予熱しエキスパンダ３０で膨張させる前に、ＨＲＳＧ３４で生成される蒸気と混合される。ＨＲＳＧ３４は、好ましくはタービン１４からの排気を熱源として利用する。熱交換器２４の上流側、または熱交換器２４と、ＨＲＳＧ３４、エコノマイザ４０および空気予熱器３８との間のいずれかに、ダクトバーナ３６を備えてもよい。圧縮空気がＨＲＳＧ３４を介して加湿されることにより、空気貯蔵室１８’からの流量は、ＨＲＳＧ３４を使用しない図１の４７．５ポンド／秒と比べて、２８ポンド／秒にまで減少される。合計正味出力を実質的に維持したまま（例えば、図３の場合１５ＭＷ、図１の場合１５．３ＭＷ）空気貯蔵室１８’からの流量を減少させるため、所定の同じ貯蔵／生成エネルギーを供給するための空気貯蔵室の容量を好都合に削減し、それによりコストも削減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図４を参照すると、システム１０’’’では、ＨＲＳＧ３４の代わりに、システム１０’’’の外部で生成される蒸気４２が加湿源となっている。追加された蒸気４２を介して圧縮空気が加湿されることにより、空気貯蔵室１８’からの流量は、追加の蒸気４２を使用しない図１の４７．５ポンド／秒と比べて、２８ポンド／秒にまで減少される。合計正味出力を実質的に維持したまま（例えば、図４の場合１５ＭＷ、図１の場合１５．３ＭＷ）空気貯蔵室１８’からの流量を減少させるため、所定の同じ貯蔵／生成エネルギーを供給するための空気貯蔵室の容量を好都合に削減し、それによりコストも削減することができる。
【国際調査報告】
2012515878.tif 000007