(57)【要約】【課題】複数の圧縮機または膨張機を備える圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮機または膨張機の回転速度を変更することで運転効率を向上させる。【解決手段】ＣＡＥＳ発電装置１は、複数のモータ１３と、複数の圧縮機１０と、蓄圧タンク１１と、膨張機１２と、発電機１５と、モータの回転速度を変更する電動機用インバータ１４と、入力電力の給電前に入力電力を給電指令値として受信する給電指令受信部３１と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、給電指令値に基づいて定格駆動可能なモータ１３の最大台数を算出する圧縮台数演算部３０ａと、圧縮台数演算部３０ａで算出された最大台数のモータ１３を定格で駆動する圧縮駆動制御部３０ｂとを有する。【選択図】図１
2018184906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動する入力電力により駆動される複数の電動機と、
前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する複数の圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
前記膨張機によって駆動され、需要家設備に出力電力を供給する発電機と、
前記電動機の回転速度を変更する電動機用インバータと、
前記入力電力の給電前に前記入力電力を給電指令値として受信する給電指令受信部と、
前記給電指令値に基づいて定格駆動可能な前記電動機の最大台数を算出する圧縮台数演算部と、前記圧縮台数演算部で算出された前記最大台数の前記電動機を定格で駆動する圧縮駆動制御部とを有する制御装置と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記給電指令値の前記入力電力から前記最大台数の前記電動機を駆動する電力を差し引いた残入力電力を算出する残入力電力演算部と、
前記残入力電力が一台の前記電動機の最低回転速度に相当する電力より小さい場合、定格で駆動される前記電動機のうちの一台に供給されるべき前記入力電力の一部を前記残入力電力に振り分けることで、前記電動機を最低回転速度以上で駆動する給電制御部と
を有する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項３】
前記給電制御部は、定格で駆動される前記電動機の一台に供給されるべき前記入力電力の一部を前記残入力電力に振り分ける際、前記残入力電力が一台の前記電動機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分ける、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、複数の前記電動機間の駆動時間を平準化するように前記電動機用インバータを制御する圧縮平準化制御部を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項５】
入力電力により駆動される電動機と、
前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される複数の膨張機と、
前記膨張機によって駆動され、需要家設備に変動する出力電力を供給する複数の発電機と、
前記発電機の回転速度を変更する発電機用インバータと、
前記出力電力の出力前に前記需要家設備からの需要電力を放電指令値として受信する放電指令受信部と、
前記放電指令値に基づいて定格駆動可能な前記発電機の最大台数を算出する膨張台数演算部と、前記膨張台数演算部で算出された前記最大台数の前記発電機を定格で駆動する膨張駆動制御部とを有する制御装置と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記放電指令値の前記需要電力から前記最大台数の前記発電機を駆動して得られる出力電力を差し引いた残需要電力を算出する残需要電力演算部と、
前記残需要電力が一台の前記発電機の最低回転速度に相当する電力より小さい場合、定格で駆動される前記発電機のうちの一台によって出力されるべき前記需要電力の一部を前記残需要電力に振り分けることで、前記発電機を最低回転速度以上で駆動する放電制御部と
を有する、請求項５に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項７】
前記放電制御部は、定格で駆動される前記発電機の一台によって出力されるべき前記需要電力の一部を前記残需要電力に振り分ける際、前記残需要電力が一台の前記発電機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分ける、請求項６に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、複数の前記発電機間の駆動時間を平準化するように前記発電機用インバータを制御する膨張平準化制御部を有する、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーを利用した発電は、気象条件に依存するため、出力が安定しないことがある。そのため、適時に必要な電力を得るためには、エネルギー貯蔵システムを使用する必要がある。そのようなシステムの一例として、例えば、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置が知られている。
【０００３】
ＣＡＥＳ発電装置は、再生可能エネルギーを用いて圧縮機を駆動して圧縮空気を製造し、圧縮空気をタンクなどに貯蔵し、必要なときに圧縮空気を使用してタービン発電機を駆動して電力を得る装置である。このようなＣＡＥＳ発電装置が、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−３４２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているＣＡＥＳ発電装置には、圧縮機および膨張機が複数設けられている。しかし、圧縮機および膨張機が複数設けられている場合にそれぞれの圧縮機および膨張機の回転速度を変更して、運転効率を向上させることについては特段言及されていない。
【０００６】
本発明は、複数の圧縮機または膨張機を備える圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮機または膨張機の回転速度を変更することで運転効率を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置は、変動する入力電力により駆動される複数の電動機と、前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、前記膨張機によって駆動され、需要家設備に出力電力を供給する発電機と、前記電動機の回転速度を変更する電動機用インバータと、前記入力電力の給電前に前記入力電力を給電指令値として受信する給電指令受信部と、前記給電指令値に基づいて定格駆動可能な前記電動機の最大台数を算出する圧縮台数演算部と、前記圧縮台数演算部で算出された前記最大台数の前記電動機を定格で駆動する圧縮駆動制御部とを有する制御装置とを備える。
【０００８】
この構成によれば、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギー（入力電力）を蓄圧部にて圧縮空気として貯蔵でき、必要なときに圧縮空気を膨張機に供給し、発電機を駆動して発電できる。以降、圧縮機にて圧縮空気を製造して蓄圧部にて圧縮空気を貯蔵することを充電ともいい、蓄圧部の圧縮空気を利用して発電機にて発電することを放電ともいう。特に、圧縮台数演算部によって給電指令値に基づいて定格駆動可能な電動機の最大台数を算出し、圧縮駆動制御部によってこの最大台数の電動機を定格で駆動できる。ここで、「定格」は、電動機を適正な状態で駆動できる状態を示し、例えば実質的に許容される最高回転速度で駆動する状態を示す。従って、電動機にとって適正な定格で駆動する電動機の台数を最大台数確保できるため、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置の充電効率（運転効率）を向上させることができる。また、変動する入力電力に対し、最大台数の電動機の出力を固定しているため、出力が変動する圧縮機および電動機の台数を少なくでき、安定した運転が可能である。
【０００９】
前記制御装置は、前記給電指令値の前記入力電力から前記最大台数の前記電動機を駆動する電力を差し引いた残入力電力を算出する残入力電力演算部と、前記残入力電力が一台の前記電動機の最低回転速度に相当する電力より小さい場合、定格で駆動される前記電動機のうちの一台に供給されるべき前記入力電力の一部を前記残入力電力に振り分けることで、前記電動機を最低回転速度以上で駆動する給電制御部とを有してもよい。
【００１０】
この構成によれば、残入力電力演算部によって残入力電力を算出でき、給電制御部によって残入力電力を一台の電動機の最低回転速度に相当する電力以上にすることができるため、残入力電力分で駆動できなくなることを防ぎ、残入力電力を有効に利用できる。ここで、電動機の最低回転速度に相当する電力とは、電動機を最低回転速度で回転するために必要な電力をいう。仮に、このような制御を行わないと、残入力電力が上記の最低回転速度に相当する電力未満の場合、残入力電力を電動機に供給しても、電動機の回転速度が許容される最低回転速度未満となるため、電動機を駆動できず、残入力電力が無駄となる。特に、残入力電力は、入力電力の変動に伴って変動するため、このように広い範囲で残入力電力を有効に利用できることはＣＡＥＳ発電装置として好ましい。
【００１１】
前記給電制御部は、定格で駆動される前記電動機の一台に供給されるべき前記入力電力の一部を前記残入力電力に振り分ける際、前記残入力電力が一台の前記電動機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分けてもよい。
【００１２】
この構成によれば、残入力電力は一台の電動機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるため、給電指令値の減少に伴って残入力電力が減少した場合でも上記の最低回転速度に相当する電力をすぐに下回ることがない。具体的には、給電指令値が所定の電力分減少するまでは、残入力電力が上記の最低回転速度に相当する電力を下回ることがない。そのため、給電指令値が減少した場合でも、残入力電力によって駆動される電動機がすぐに停止されることがなく、安定した運転が可能となる。
【００１３】
前記制御装置は、複数の前記電動機間の駆動時間を平準化するように前記電動機用インバータを制御する圧縮平準化制御部を有してもよい。
【００１４】
この構成によれば、圧縮平準化制御部によって、それぞれの圧縮機および電動機の駆動時間を平準化できるため、特定の圧縮機および電動機のみが駆動され、劣化することを防止できる。上記のように駆動する圧縮機および電動機を適宜変更する構成においては、圧縮機および電動機の駆動時間にばらつきが生じやすいため、このように駆動時間を平準化できることは特に有効である。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置は、入力電力により駆動される電動機と、前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される複数の膨張機と、前記膨張機によって駆動され、需要家設備に変動する出力電力を供給する複数の発電機と、前記発電機の回転速度を変更する発電機用インバータと、前記出力電力の出力前に前記需要家設備からの需要電力を放電指令値として受信する放電指令受信部と、前記放電指令値に基づいて定格駆動可能な前記発電機の最大台数を算出する膨張台数演算部と、前記膨張台数演算部で算出された前記最大台数の前記発電機を定格で駆動する膨張駆動制御部とを有する制御装置とを備える。
【００１６】
この構成によれば、蓄圧部にて圧縮空気を貯蔵しておき、必要なときに圧縮空気を膨張機に供給し、発電機を駆動して変動する出力電力を発電し、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギーを補償することができる。特に、膨張台数演算部によって放電指令値に基づいて定格駆動可能な発電機の最大台数を算出し、膨張駆動制御部によってこの最大台数の発電機を定格で駆動できる。ここで、「定格」は、発電機を適正な状態で駆動できる状態を示し、例えば実質的に許容される最高回転速度で駆動する状態を示す。従って、適正な状態の定格で駆動する発電機の台数を最大台数確保できるため、ＣＡＥＳ発電装置の放電効率（運転効率）を向上させることができる。また、変動する出力電力に対し、最大台数の発電機の出力を固定しているため、出力変動する発電機の台数を少なくでき、安定した運転が可能である。
【００１７】
前記制御装置は、前記放電指令値の前記需要電力から前記最大台数の前記発電機を駆動して得られる出力電力を差し引いた残需要電力を算出する残需要電力演算部と、前記残需要電力が一台の前記発電機を最低回転速度に相当する電力より小さい場合、定格で駆動される前記発電機のうちの一台によって出力されるべき前記需要電力の一部を前記残需要電力に振り分けることで、前記発電機を最低回転速度以上で駆動する放電制御部とを有してもよい。
【００１８】
この構成によれば、残需要電力演算部によって残需要電力を算出でき、放電制御部によって残需要電力を一台の発電機の最低回転速度に相当する電力以上にすることができるため、残需要電力に対応する電力を正確に出力できる。ここで、発電機の最低回転速度に相当する電力とは、発電機を最低回転速度で駆動して得られる電力をいう。仮に、このような制御を行わない場合、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力未満の場合、発電機を最低回転速度で駆動しても残需要電力を超えた発電を行うことになり、放電指令値に対して余剰電力が生じる。特に、残需要電力は、需要家設備の状況に応じて変動するため、このように広い範囲の残需要電力に対応できることはＣＡＥＳ発電装置として好ましい。
【００１９】
前記放電制御部は、定格で駆動される前記発電機の一台によって出力されるべき前記需要電力の一部を前記残需要電力に振り分ける際、前記残需要電力が一台の前記発電機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分けてもよい。
【００２０】
この構成によれば、残需要電力は一台の発電機の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるため、放電指令値が減少した場合でも、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力をすぐに下回ることがない。具体的には、放電指令値が所定の電力分減少するまでは、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力を下回ることがない。そのため、放電指令値が減少した場合でも、残需要電力の放電指令値によって駆動される発電機がすぐに停止されることがなく、安定した運転が可能となる。
【００２１】
前記制御装置は、複数の前記発電機間の駆動時間を平準化するように前記発電機用インバータを制御する膨張平準化制御部を有してもよい。
【００２２】
この構成によれば、膨張平準化制御部によって、それぞれの膨張機および発電機の駆動時間を平準化できるため、特定の膨張機および発電機のみが駆動され、劣化することを防止できる。上記のように駆動する膨張機および発電機を適宜変更する構成においては、膨張機および発電機の駆動時間にばらつきが生じやすいため、このように駆動時間を平準化できることは特に有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の圧縮機または膨張機を備える圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮機または膨張機の回転数制御を好適に行っているため、運転効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【図２】実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。
【図３】実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の給電に関するグラフ。
【図４】実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の放電に関するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図１に示す圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置１は、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電設備２にて発電された電力を圧縮空気の態様で蓄え、必要なときに圧縮空気を用いて発電し、工場などの需要家設備３に電力を供給する装置である。
【００２７】
本実施形態では、発電設備２には、給電指令送信部２ａが取り付けられている。給電指令送信部２ａは、ＣＡＥＳ発電装置１に給電指令値を送信する。また、需要家設備３には、放電指令送信部３ａが取り付けられている。放電指令送信部３ａは、ＣＡＥＳ発電装置１に放電指令値を送信する。ここで、給電指令値は発電設備２にて発電される電力のうちＣＡＥＳ発電装置１で充電すべき電力（後述する入力電力）のことをいい、放電指令値は需要家設備３がＣＡＥＳ発電装置１に要求する電力（後述する需要電力）のことをいう。後述するように、これらの給電指令値と放電指令値とに基づいて、ＣＡＥＳ発電装置１は、必要な充電および放電を行う。なお、給電指令送信部２ａは、この実施形態では発電設備２に付設されているが、必ずしも発電設備２に付設される必要はなく、変電所などの電力系統の他の場所に設置してもよい。
【００２８】
ＣＡＥＳ発電装置１は、複数台の圧縮機１０と、蓄圧タンク（蓄圧部）１１と、複数台の膨張機１２とを備える。本実施形態では、３台の圧縮機１０および３台の膨張機１２が配置されている。各圧縮機１０には、モータ（電動機）１３がそれぞれ機械的に接続されている。各モータ１３には電動機用インバータ１４がそれぞれ電気的に接続されている。また、各膨張機１２には、発電機１５がそれぞれ機械的に接続されている。各発電機１５には、発電機用インバータ１６がそれぞれ電気的に接続されている。
【００２９】
再生可能エネルギーを利用する発電設備２により発電された電力は、受送電設備４と、電動機用インバータ１４とを介して、モータ１３に供給される。以降、発電設備２からモータ１３に供給される電力を入力電力という。
【００３０】
本実施形態の圧縮機１０は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の圧縮機１０は内部に図示しない一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータはモータ１３と機械的に接続されている。ただし、圧縮機１０は、スクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、およびレシプロ式等であり得るが、スクリュ式の圧縮機１０は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。また、本実施形態では、３台の圧縮機１０を設けた例を示しているが、台数はこれに限定されることはない。
【００３１】
圧縮機１０の吸気口１０ａは、空気配管５ａを通じて外気に連通している。圧縮機１０の吐出口１０ｂは、空気配管５ｂを通じて蓄圧タンク１１に流体的に接続されている。空気配管５ｂには、バルブ６ａが取り付けられており、空気の流動を許容または遮断できる。
【００３２】
各モータ１３に入力電力が供給されると、各モータ１３が作動し、上記のスクリュロータが回転し、各圧縮機１０を駆動する。各圧縮機１０は、空気配管５ａを通じて吸気口１０ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１０ｂから吐出し、空気配管５ｂを通じて蓄圧タンク１１に圧縮空気を圧送する。
【００３３】
蓄圧タンク１１は、例えば鋼製のタンクであり、圧縮機１０から圧送された圧縮空気を蓄えている。蓄圧タンク１１は、空気配管５ｃを通じて膨張機１２と流体的に接続されており、蓄圧タンク１１に蓄えられた圧縮空気は空気配管５ｃを通じて膨張機１２に給気される。また、空気配管５ｃには、バルブ６ｂが取り付けられており、空気の流動を許容または遮断できる。
【００３４】
本実施形態の膨張機１２は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の膨張機１２は内部に図示しない一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータは発電機１５と機械的に接続されている。ただし、膨張機１２はスクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、およびレシプロ式等であってもよいが、このようにスクリュ式の膨張機１２は、回転数制御可能であるため、変動する需要電力に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。また、本実施形態では、３台の膨張機１０を設けた例を示しているが、台数はこれに限定されることはない。
【００３５】
膨張機１２の給気口１２ａは、前述のように空気配管５ｃを通じて蓄圧タンク１１と流体的に接続されている。膨張機１２の排気口１２ｂは、空気配管５ｄを通じて外気に開放されている。
【００３６】
各膨張機１２に圧縮空気が給気されると、上記のスクリュロータが回転し、各膨張機１２を駆動し、即ち各発電機１５を駆動する。各膨張機１２で膨張された空気（排気空気）は、各排気口１２ｂから空気配管５ｄを通じて外気に放気される。
【００３７】
発電機１５は、膨張機１２によって駆動されることで発電する。各発電機１５は、集落、地域冷暖房の対象エリア、規模の大きなショッピングセンター、変電所、または工場などの電力の需要家設備３に電気的に接続されており、各発電機１５で発電した電力は需要家設備３に供給される。
【００３８】
また、ＣＡＥＳ発電装置１は、制御装置３０を備える。制御装置３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。
【００３９】
図１および図２に示すように、制御装置３０には、給電指令受信部３１と、放電指令受信部３２とが電気的に接続されている。給電指令受信部３１は、給電指令送信部２ａから給電指令値を受け、制御装置３０に給電指令値を伝達する。放電指令受信部３２は、放電指令送信部３ａから放電指令値を受け、制御装置３０に放電指令値を伝達する。制御装置３０は、給電指令値に基づいて電動機用インバータ１４を制御し、放電指令値に基づいて発電機用インバータ１６を制御する。
【００４０】
本実施形態の制御装置３０は、圧縮台数演算部３０ａと、圧縮駆動制御部３０ｂと、残入力電力演算部３０ｃと、給電制御部３０ｄと、圧縮平準化制御部３０ｅと、膨張台数演算部３０ｆと、膨張駆動制御部３０ｇと、残需要電力演算部３０ｈと、放電制御部３０ｉと、膨張平準化制御部３０ｊとを備える。
【００４１】
圧縮台数演算部３０ａは、給電指令値に基づいて定格駆動可能なモータ１３の最大台数を算出する。具体的には、以下の式（１）を満たす最大の整数Ｎｃを求める。例えば、給電指令値として、入力電力Ｗｉｎが９０ｋＷという情報を受け取った場合、圧縮機１０およびモータ１３の定格動力ＷｃＲが４０ｋＷであれば、算出される最大台数Ｎｃは２である。ここで、「定格」は、モータ１３を適正な状態（一つの例としては最大効率）で駆動できる状態を示し、例えば実質的に許容される最高回転速度で駆動する状態を示す。
【００４２】
【数１】
2018184906.tif 000003
Ｗｉｎ：入力電力
ＷｃＲ：定格動力
【００４３】
圧縮駆動制御部３０ｂは、圧縮台数演算部３０ａで算出された上記最大台数のモータ１３を定格で駆動する。具体的には、圧縮駆動制御部３０ｂは、特定の電動機用インバータ１４に対して定格駆動指令を与える。定格駆動指令を与える電動機用インバータ１４の選定方法については後述する。
【００４４】
残入力電力演算部３０ｃは、給電指令値の入力電力から上記最大台数のモータ１３を駆動する電力を差し引いた残入力電力を算出する。具体的には、残入力電力は、以下の式（２）によって算出される。上記例のように、入力電力Ｗｉｎが９０ｋＷという情報を受け取った場合、圧縮機１０およびモータ１３の定格動力ＷｃＲが４０ｋＷであれば、最大台数Ｎｃを２として算出される残入力電力ΔＷｉｎは１０ｋＷとなる。
【００４５】
【数２】
2018184906.tif 000004
Ｗｉｎ：入力電力
ＷｃＲ：定格動力
ΔＷｉｎ：残入力電力
【００４６】
給電制御部３０ｄは、残入力電力が一台のモータ１３の最低回転速度に相当する電力より小さい場合、定格で駆動されるモータ１３のうちの一台に供給されるべき入力電力の一部を残入力電力に振り分けることで、モータ１３を最低回転速度以上で駆動する。ここで、モータ１３の最低回転速度に相当する電力とは、モータ１３を最低回転速度で回転するために必要な電力をいう。具体的には、上記例のように、残入力電力が１０ｋＷの場合、モータ１３の最低回転速度に相当する電力が２０ｋＷであれば、定格で駆動されるモータ１３のうちの一台に供給されるべき４０ｋＷから少なくとも１０ｋＷを残入力電力に振り分ける。
【００４７】
さらに言えば、給電制御部３０ｄは、残入力電力が一台のモータ１３の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分けることが好ましい。即ち、上記例では、残入力電力が１０ｋＷであるため、これに１０ｋＷ振り分けることで上記の最低回転速度に相当する電力２０ｋＷを達成できるが、好ましくは、正確に１０ｋＷ振り分けるのではなく、所定の電力分として例えば５ｋＷ大きく、１５ｋＷ振り分ける。これにより、残入力電力は一台のモータ１３の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分（この場合は５ｋＷ）大きくなるため、給電指令値の減少に伴って残入力電力が減少した場合でも上記の最低回転速度に相当する電力をすぐに下回ることがない。具体的には、給電指令値が所定の電力分減少するまでは、残入力電力が上記の最低回転速度に相当する電力を下回ることがない。そのため、給電指令値が減少した場合でも、残入力電力によって駆動されるモータ１３（圧縮機１０）がすぐに停止されることがなく、安定した運転が可能となる。
【００４８】
圧縮平準化制御部３０ｅは、複数のモータ１３（圧縮機１０）間の駆動時間を平準化するように電動機用インバータ１４を制御する。具体的には、例えば、圧縮機１０およびモータ１３の駆動時間を計測し、駆動時間の少ないものから順に駆動する優先度を高く設定する。この優先度は、初期の運転開始時と運転中に上記最大台数Ｎｃが変化するときに更新されることが好ましい。これにより、駆動中の圧縮機１０およびモータ１３を停止して他の圧縮機１０およびモータ１３を駆動することを防止できるため、安定した運転が可能となる。この優先順位の付け方としては、消耗等によって低効率になった圧縮機１０の運転をできるだけ避けるようにすることも考えられる。
【００４９】
膨張台数演算部３０ｆは、放電指令値に基づいて定格駆動可能な発電機１５の最大台数を算出する。具体的には、以下の式（３）を満たす最大の整数Ｎｇを求める。例えば、放電指令値として、需要電力Ｗｄｅが８５ｋＷという情報を受け取った場合、膨張機１２および発電機１５の定格動力ＷｇＲが４０ｋＷであれば、算出される最大台数Ｎｇは２である。ここで、「定格」は、膨張機１２および発電機１５を適正な状態（一つの例としては最大効率）で駆動できる状態を示し、例えば実質的に許容される最高回転速度で駆動する状態を示す。
【００５０】
【数３】
2018184906.tif 000005
Ｗｄｅ：需要電力
ＷｇＲ：定格動力
【００５１】
膨張駆動制御部３０ｇは、膨張台数演算部３０ｆで算出された上記最大台数の発電機１５を定格で駆動する。具体的には、膨張駆動制御部３０ｇは、特定の発電機用インバータ１６に対して定格駆動指令を与える。定格駆動指令を与える発電機用インバータ１６の選定方法は、後述する。
【００５２】
残需要電力演算部３０ｈは、放電指令値の需要電力から上記最大台数Ｎｇの発電機１５を駆動して得られる出力電力を差し引いた残需要電力を算出する。具体的には、残需要電力ΔＷｄｅは、以下の式（４）によって算出される。上記例のように、需要電力Ｗｄｅが８５ｋＷという情報を受け取った場合、発電機１５の定格動力ＷｇＲが４０ｋＷであれば、上記最大台数Ｎｇを２として算出される残需要電力ΔＷｄｅは５ｋＷとなる。
【００５３】
【数４】
2018184906.tif 000006
Ｗｄｅ：需要電力
ＷｇＲ：定格動力
ΔＷｄｅ：残需要電力
【００５４】
放電制御部３０ｉは、残需要電力が一台の発電機１５の最低回転速度で駆動して得られる電力より小さい場合、定格で駆動される発電機１５のうちの一台によって出力されるべき需要電力の一部を残需要電力に振り分けることで、膨張機１２および発電機１５を最低回転速度以上で駆動する。具体的には、上記例のように、残需要電力が５ｋＷの場合、膨張機１２および発電機１５の最低回転速度に相当する電力が１０ｋＷであれば、定格で駆動される発電機１５のうちの一台に供給されるべき４０ｋＷから少なくとも５ｋＷを残入力電力に振り分ける。
【００５５】
さらに言えば、放電制御部３０ｉは、残需要電力が一台の発電機１５の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分大きくなるように振り分けることが好ましい。即ち、上記例では、残需要電力が５ｋＷであるため、これに５ｋＷ振り分けることで上記の最低回転速度に相当する電力１０ｋＷを達成できるが、好ましくは、正確に５ｋＷ振り分けるのではなく、所定の電力分として例えば５ｋＷ大きく、１０ｋＷ振り分ける。これにより、残需要電力は一台の発電機１５の最低回転速度に相当する電力よりも所定の電力分（この場合は５ｋＷ）大きくなるため、放電指令値が減少した場合でも、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力をすぐに下回ることがない。具体的には、放電指令値が所定の電力分減少するまでは、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力を下回ることがない。そのため、放電指令値が減少した場合でも、残需要電力の放電指令値によって駆動される発電機１５（膨張機１２）がすぐに停止されることがなく、安定した運転が可能となる。
【００５６】
膨張平準化制御部３０ｊは、複数の発電機１５（膨張機１２）間の駆動時間を平準化するように発電機用インバータ１６を制御する。具体的には、例えば、膨張機１２および発電機１５の駆動時間を計測し、駆動時間の少ないものから順に使用する優先度を高く設定する。優先度は、初期の運転開始時と運転中に上記最大台数Ｎｇが変化するときに更新されることが好ましい。これにより、駆動中の膨張機１２および発電機１５を停止して他の膨張機１２および発電機１５を駆動することを防止できるため、安定した運転が可能となる。この優先順位の付け方としては、消耗等によって低効率になった膨張機１２の運転をできるだけ避けるようにすることも考えられる。
【００５７】
図３は、給電指令値と、Ｎｃ台目およびＮｃ＋１台目のモータ１３の出力の関係を示すグラフである。グラフの横軸が給電指令値を表し、即ち入力電力を表し、グラフの縦軸がＮｃ台目およびＮｃ＋１台目のモータ１３の出力を表している。
【００５８】
給電指令値がＷｃ１までは、Ｎｃ台目のモータ１３は最低回転速度で駆動される。即ち最低回転速度に相当する電力で駆動され、本実施形態ではそのときの出力は定格出力に対して４０％の割合である。このとき、Ｎｃ＋１台目のモータ１３は駆動されない。給電指令値がＷｃ１からＷｃ２までは、Ｎｃ台目のモータ１３の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させ、Ｗｃ２にてＮｃ台目のモータ１３の出力が定格（１００％）に達したときに所定の給電指令値ΔＷｃをＮｃ台目のモータ１３からＮｃ＋１台目のモータ１３に振り分ける。所定の給電指令値ΔＷｃは、Ｎｃ＋１台目のモータ１３の最低回転速度に相当する電力以上である。即ち、本実施形態では、Ｎｃ＋１台目のモータ１３の出力が定格に対して４０％以上となるように給電指令値ΔＷｃを振り分ける。給電指令値がＷｃ２からＷｃ３まではＮｃ＋１台目のモータ１３は最低回転速度で駆動され、即ち最低回転速度に相当する電力で駆動され、本実施形態ではそのときの出力は定格出力に対して４０％の割合である。そして、このときＮｃ台目のモータ１３の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させる。そして、給電指令値Ｗｃ３にてＮｃ台目のモータ１３の出力が再び定格（１００％）に達する。給電指令値Ｗｃ３からＷｃ４までは、Ｎｃ＋１台目のモータ１３の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させる。そして、給電指令値Ｗｃ４にてＮｃ＋１台目のモータ１３の出力が定格（１００％）に達すると、ＮｃをＮｃ＋１として更新する。
【００５９】
図４は、放電指令値と、Ｎｇ台目およびＮｇ＋１台目の発電機１５の出力の関係を示すグラフである。グラフの横軸が放電指令値を表し、即ち需要電力を表し、グラフの縦軸がＮｇ台目およびＮｇ＋１台目の発電機１５の出力を表している。
【００６０】
放電指令値がＷｇ１までは、Ｎｇ台目の発電機１５は最低回転速度で駆動される。即ち最低回転速度に相当する電力を出力し、本実施形態ではそのときの出力は定格出力に対して１０％の割合である。このとき、Ｎｇ＋１台目の発電機１５は駆動されない。放電指令値がＷｇ１からＷｇ２までは、Ｎｇ台目の発電機１５の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させ、Ｗｇ２にてＮｇ台目の発電機１５の出力が定格（１００％）に達したときに所定の放電指令値ΔＷｇをＮｇ＋１台目の発電機１５に振り分ける。所定の放電指令値ΔＷｇは、Ｎｇ＋１台目の発電機１５の最低回転速度に相当する電力以上である。即ち、本実施形態では、Ｎｇ＋１台目の発電機１５の出力が定格に対して１０％以上となるように放電指令値ΔＷｇを振り分ける。放電指令値がＷｇ２からＷｇ３まではＮｇ＋１台目の発電機１５は最低回転速度で駆動され、即ち最低回転速度に相当する電力を出力し、本実施形態ではそのときの出力は定格出力に対して１０％の割合である。そして、このときＮｇ台目の発電機１５の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させる。そして、放電指令値Ｗｇ３にてＮｇ代目の発電機１５の出力が再び定格（１００％）に達する。放電指令値Ｗｇ３からＷｇ４までは、Ｎｇ＋１台目の発電機１５の回転速度を上昇させ、即ち出力を上昇させる。そして、放電指令値Ｗｇ４にてＮｇ＋１台目の発電機１５の出力が定格（１００％）に達すると、ＮｇをＮｇ＋１として更新する。
【００６１】
本実施形態によれば、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギーを蓄圧タンク１１にて圧縮空気として貯蔵でき、必要なときに圧縮空気を膨張機１２に供給し、発電機１５を駆動して発電できる。特に、圧縮台数演算部３０ａによって給電指令値に基づいて定格駆動可能なモータ１３の最大台数を算出し、圧縮駆動制御部３０ｂによってこの最大台数モータ１３を定格で駆動できる。従って、適正な状態の定格で駆動するモータ１３の台数を最大台数確保できるため、ＣＡＥＳ発電装置１の充電効率（運転効率）を向上させることができる。また、変動する入力電力に対し、最大台数のモータ１３の出力を固定しているため、出力が変動するモータ１３の台数を少なくでき、安定した運転が可能である。
【００６２】
また、本実施形態によれば、残入力電力演算部３０ｃによって残入力電力を算出でき、給電制御部３０ｄによって残入力電力を一台のモータ１３の最低回転速度に相当する電力以上にすることができるため、残入力電力を有効に利用できる。仮に、このような制御を行わないと、残入力電力が上記の最低回転速度に相当する電力未満の場合、残入力電力をモータ１３に供給しても、モータ１３の回転速度が許容される最低回転速度以下となるため、モータ１３を駆動できず、残入力電力が無駄となる。特に、残入力電力は、入力電力の変動に伴って変動するため、このように広い範囲で残入力電力を有効に利用できることはＣＡＥＳ発電装置１として好ましい。
【００６３】
また、本実施形態によれば、圧縮平準化制御部３０ｅによって、それぞれのモータ１３（圧縮機１０）の駆動時間を平準化できるため、特定の圧縮機１０およびモータ１３のみが駆動され、劣化することを防止できる。上記のように駆動する圧縮機１０およびモータ１３を適宜変更する構成においては、圧縮機１０およびモータ１３の駆動時間にばらつきが生じやすいため、このように駆動時間を平準化できることは特に有効である。
【００６４】
また、本実施形態によれば、膨張台数演算部３０ｆによって放電指令値に基づいて定格駆動可能な発電機１５の最大台数を算出し、膨張駆動制御部３０ｇによってこの最大台数の発電機１５を定格で駆動できる。従って、適正な状態の定格で駆動する発電機１５の台数を最大台数確保できるため、ＣＡＥＳ発電装置１の放電効率（運転効率）を向上させることができる。また、変動する入力電力に対し、最大台数の発電機１５の出力を固定しているため、出力変動する発電機１５の台数を少なくでき、安定した運転が可能である。
【００６５】
また、本実施形態によれば、残需要電力演算部３０ｈによって残需要電力を算出でき、放電制御部３０ｉによって残需要電力を一台の発電機１５の最低回転速度に相当する電力以上にすることができるため、残需要電力に対応する電力を正確に出力できる。ここで、発電機１５の最低回転速度に相当する電力とは、発電機１５を最低回転速度で駆動して得られる電力をいう。仮に、このような制御を行わない場合、残需要電力が上記の最低回転速度に相当する電力未満の場合、発電機１５を最低回転速度で駆動しても残需要電力を超えた発電を行うことになり、放電指令値に対して余剰電力が生じる。特に、残需要電力は、需要家設備３の状況に応じて変動するため、このように広い範囲の残需要電力に対応できることはＣＡＥＳ発電装置１として好ましい。
【００６６】
また、本実施形態によれば、膨張平準化制御部３０ｊによって、それぞれの発電機１５（膨張機１２）の駆動時間を平準化できるため、特定の膨張機１２および発電機１５のみが駆動され、劣化することを防止できる。上記のように駆動する膨張機１２および発電機１５を適宜変更する構成においては、膨張機１２および発電機１５の駆動時間にばらつきが生じやすいため、このように駆動時間を平準化できることは特に有効である。
【００６７】
ここで記載した実施形態およびその変形例において、再生可能エネルギーによる発電の対象は、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充され、かつ不規則に変動するエネルギーを利用したもの全てを対象とすることが可能である。また、商用電力を入力電力として、工場内の他の大電力を消費する機器によって電力が変動するものであってもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、圧縮機と膨張機を各々複数にしたものを例示したが、本発明によって圧縮機または膨張機の台数制御をおこなう圧縮機または膨張機の台数を複数にすればよく、台数制御をおこなわない圧縮機または膨張機は単数であってもよい。具体的には、請求項１に係る実施形態の場合、膨張機は単数であってもかまわないし、請求項５に係る実施形態の場合、圧縮機は単数であってもよい。
【００６９】
以上により、本発明の具体的な実施形態やその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  ＣＡＥＳ発電装置
２  発電設備
２ａ  給電指令送信部
３  需要家設備
３ａ  放電指令送信部
４  受送電設備
５ａ〜５ｄ  空気配管
６ａ，６ｂ  バルブ
１０  圧縮機
１０ａ  吸気口
１０ｂ  吐出口
１１  蓄圧タンク（蓄圧部）
１２  膨張機
１２ａ  給気口
１２ｂ  排気口
１３  モータ（電動機）
１４  電動機用インバータ
１５  発電機
１６  発電機用インバータ
３０  制御装置
３０ａ  圧縮台数演算部
３０ｂ  圧縮駆動制御部
３０ｃ  残入力電力演算部
３０ｄ  給電制御部
３０ｅ  圧縮平準化制御部
３０ｆ  膨張台数演算部
３０ｇ  膨張駆動制御部
３０ｈ  残需要電力演算部
３０ｉ  放電制御部
３０ｊ  膨張平準化制御部
３１  給電指令受信部
３２  放電指令受信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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