(57)【要約】【課題】圧縮空気貯蔵発電装置において、蓄圧部を小型化する。【解決手段】圧縮空気貯蔵発電１は、再生可能エネルギーによって発電された電力により駆動されるモータ１０ａ，１０ｂと、モータ１０ａ，１０ｂによって駆動され、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された圧縮空気を蓄える蓄圧タンク１４と、蓄圧タンク１４から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機１６と、膨張機１６によって駆動される発電機１９ａ，１９ｂと、蓄圧タンク１４および膨張機１６の少なくとも一方に供給される圧縮空気中の窒素および酸素を吸着する吸着塔１５と、吸着塔１５に供給される圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去するフィルタ２１とを備える。【選択図】図１
2018182996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーによって発電された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膨張機と、
前記膨張機によって駆動される発電機と、
前記蓄圧部および前記膨張機の少なくとも一方に供給される前記圧縮空気中の窒素および酸素の少なくとも一方を吸着する吸着部と、
前記吸着部に供給される前記圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去する除去部と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項２】
前記吸着部は、多孔質材料を含んでいる、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項３】
前記圧縮機から前記膨張機までの前記圧縮空気の流れにおいて、前記吸着部と前記蓄圧タンクは並列に流体的に接続されている、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項４】
前記圧縮機から前記膨張機までの前記圧縮空気の流れにおいて、前記吸着部と前記蓄圧部は直列に接続されており、前記吸着部は前記蓄圧部の上流に配置されている、請求項１または請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項５】
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と、熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を冷却し、前記熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された前記熱媒を蓄える蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換して、前記圧縮空気を加熱し、前記熱媒を冷却する第２熱交換器と
を備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項６】
前記吸着部は、窒素を吸着するものであり、
前記吸着部によって吸着された窒素を蓄える窒素貯留部と、
前記窒素貯留部と前記蓄熱部とを流体的に接続する窒素供給ラインと
をさらに備える、請求項５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】特表２０１３−５０９５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、蓄圧部を小型化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧縮空気貯蔵発電装置は、再生可能エネルギーによって発電された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膨張機と、前記膨張機によって駆動される発電機と、前記蓄圧部および前記膨張機の少なくとも一方に供給される前記圧縮空気中の窒素および酸素の少なくとも一方を吸着する吸着部と、前記吸着部に供給される前記圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去する除去部とを備える。
【０００７】
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。特に、蓄圧部は、貯蔵空気量を多く確保するため、大型であることが好ましい。しかし、大型の蓄圧部は設置場所および製造コストの観点では不利である。これに対し、上記構成では、吸着部が設けられているので、窒素および酸素の少なくとも一方を吸着部にて吸着できる。そのため、蓄圧部にて貯蔵する圧縮空気量を減少でき、蓄圧部を小型化できる。従って、必要な貯蔵空気量を確保しつつ、上記不利な点を解消し得る。また、上記構成では、また、除去部が設けられているので、除去部によって圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去した残りの空気を吸着部に供給できる。従って、吸着部が水分および二酸化炭素によって悪影響を受けることもなく、さらに膨張後に排気される空気も水分および二酸化炭素が除去された清浄な空気となり得る。また、後述するように、吸着部にて吸着した窒素および酸素の少なくとも一方を有効利用することもできる。
【０００８】
前記吸着部は、多孔質材料を含んでいてもよい。
【０００９】
この構成によれば、吸着部に窒素および酸素が吸着された際、多孔質体内では窒素および酸素が液化するため、気体状態の窒素および酸素を貯蔵するよりも小さな体積で窒素および酸素を貯蔵できる。
【００１０】
前記圧縮機から前記膨張機までの前記圧縮空気の流れにおいて、前記吸着部と前記蓄圧タンクは並列に流体的に接続されていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、圧縮機から蓄圧部または吸着部に選択的に圧縮空気を直接供給でき、選択的に蓄圧部または吸着部から膨張機に圧縮空気、窒素、または酸素を直接供給できる。従って、蓄圧部の圧縮空気残量および吸着部の窒素および酸素残量などに応じた汎用性の高い運転が可能となる。
【００１２】
前記圧縮機から前記膨張機までの前記圧縮空気の流れにおいて、前記吸着部と前記蓄圧部は直列に接続されており、前記吸着部は前記蓄圧部の上流に配置されていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、直列接続にすることで接続構成が簡易なものとなる。また、吸着部が蓄圧部の上流に配置されていることで蓄圧部に供給される圧縮空気を吸着部にて窒素および酸素を吸着した後の空気にできるため、蓄圧部に貯蔵する空気を少なくすることができ、蓄圧部を小型化できる。
【００１４】
前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と、熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を冷却し、前記熱媒を加熱する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で加熱された前記熱媒を蓄える蓄熱部と、前記蓄圧部から前記膨張機に供給される前記圧縮空気と、前記蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換して、前記圧縮空気を加熱し、前記熱媒を冷却する第２熱交換器とを備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、圧縮機で発生する圧縮熱を第１熱交換器にて熱媒に回収し、第１熱交換器にて昇温した高温熱媒を蓄熱部に蓄え、必要に応じて第２熱交換器にてこの高温熱媒を利用して膨張直前の空気を加熱できる。そのため、装置内で発生する熱を有効に利用して膨張効率を向上でき、即ち発電効率を向上できる。換言すると、これらが設けられていないＣＡＥＳ発電装置では、圧縮機で発生した圧縮熱は回収されず、高温の圧縮空気が蓄圧部に蓄えられる。この高温の圧縮空気は蓄圧部に蓄えられている間に大気へ熱を放出するため、エネルギー損失が生じる。従って、上記構成ではこのエネルギー損失を防止することでエネルギー効率を向上させている。
【００１６】
前記吸着部は、窒素を吸着するものであり、前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記吸着部によって吸着された窒素を蓄える窒素貯留部と、前記窒素貯留部と前記蓄熱部とを流体的に接続する窒素供給ラインとをさらに備えてもよい。
【００１７】
この構成によれば、吸着部によって窒素を吸着し、吸着した窒素を窒素貯留部に蓄え、蓄えた窒素を窒素供給ラインを通じて蓄熱部に供給できる。そのため、この窒素を利用して蓄熱部内の熱媒の劣化を防止することができる。例えば、窒素を蓄熱部内に満たすことで、熱媒の酸化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧縮空気貯蔵発電装置において、吸着部によって圧縮空気中の窒素および酸素の少なくとも一方を吸着できるため、蓄圧部に貯蔵されるべき空気量を低減でき、即ち蓄圧部を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】図１の変形例の圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
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する装置である。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、主に空気の流れに関する空気ラインと、主に熱媒の流れに関する熱媒ラインとを備える。以降、これらの２つのラインについて順に説明する。
【００２２】
まず、空気ラインには、モータ（電動機）１０ａ，１０ｂと、圧縮機１１と、蓄圧タンク（蓄圧部）１４と、吸着塔（吸着部）１５と、膨張機１６と、発電機１９ａ，１９ｂとが設けられている。
【００２３】
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、モータ１０ａ，１０ｂに供給される。以降、発電設備２からモータ１０ａ，１０ｂに供給される電力を入力電力という。モータ１０ａ，１０ｂは、圧縮機１１（低圧段圧縮機本体１２および高圧段圧縮機本体１３）にそれぞれ機械的に接続されており、入力電力により駆動され、圧縮機１１を駆動する。
【００２４】
本実施形態の圧縮機１１は、低圧段圧縮機本体１２および高圧段圧縮機本体１３を有する２段型である。また、低圧段圧縮機本体１２および高圧段圧縮機本体１３は、ともにスクリュ式である。ただし、圧縮機１１は２段型に限定されず単段型または３段型以上であってもよく、複数台設置されてもよい。圧縮機１１の種類も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、このようにスクリュ式の圧縮機１１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。
【００２５】
低圧段圧縮機本体１２の吐出口１２ｂは、空気配管４ｂを通じて高圧段圧縮機本体１３の吸気口１３ａと流体的に接続されている。高圧段圧縮機本体１３の吐出口１３ｂからは、空気配管４ｃが延びており、空気配管４ｃは二手に空気配管４ｄ，４ｅとして分岐し、空気配管４ｄ，４ｅは蓄圧タンク１４および吸着塔１５に接続されている。空気配管４ｄ，４ｅには、バルブ２０ａ，２０ｂ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。また、低圧段圧縮機本体１２および高圧段圧縮機本体１３の内部のスクリュ（図示せず）には、モータ１０ａ，１０ｂがそれぞれ機械的に接続されている。
【００２６】
モータ１０ａ，１０ｂに入力電力が供給されると、モータ１０ａ，１０ｂが作動し、上記のスクリュが回転し、即ち低圧段圧縮機本体１２および高圧段圧縮機本体１３を駆動する。低圧段圧縮機本体１２は、空気配管４ａを通じて吸気口１２ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１２ｂから吐出し、空気配管４ｂを通じて高圧段圧縮機本体１３に圧縮空気を圧送する。高圧段圧縮機本体１３は、空気配管４ｂを通じて吸気口１３ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１３ｂから吐出し、空気配管４ｃ〜４ｅを通じて、蓄圧タンク１４および吸着塔１５に圧縮空気を供給する。
【００２７】
蓄圧タンク１４は、例えば鋼製のタンクであり、圧縮機１１から圧送された圧縮空気を蓄えている。蓄圧タンク１４には、圧力センサ１４ａが取り付けられており、内部の圧縮空気の圧力を測定できる。蓄圧タンク１４は、バルブ２０ｃが取り付けられた空気配管４ｆを通じて膨張機１６（後述する高圧段膨張機本体１７の給気口１７ａ）と流体的に接続されており、蓄圧タンク１４に蓄えられた圧縮空気は空気配管４ｆを通じて膨張機１６に給気される。
【００２８】
本実施形態の膨張機１６は、高圧段膨張機本体１７および低圧段膨張機本体１８を有する２段型である。また、高圧段膨張機本体１７および低圧段圧縮機本体１２は、ともにスクリュ式である。ただし、膨張機１６は２段型に限定されず単段型または３段型以上であってもよく、複数台設置されてもよい。膨張機１６の種類もスクリュ式に限定されず、例えばターボ式、スクロール式、及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１６は、回転数制御可能であるため、変動する電力需要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。
【００２９】
高圧段膨張機本体１７の排気口１７ｂは、空気配管４ｇを通じて低圧段膨張機本体１８の給気口１８ａと流体的に接続されている。低圧段膨張機本体１８の排気口１８ｂは空気配管４ｈを通じて外気に開放されている。また、高圧段膨張機本体１７および低圧段膨張機本体１８の内部のスクリュ（図示せず）には、発電機１９ａ，１９ｂがそれぞれ機械的に接続されている。
【００３０】
膨張機１６に圧縮空気が給気されると、上記のスクリュが回転し、即ち高圧段膨張機本体１７および低圧段膨張機本体１８を駆動する。高圧段膨張機本体１７は、空気配管４ｆを通じて給気口１７ａから空気を給気され、膨張させて排気口１７ｂから空気配管４ｇを通じて低圧段膨張機本体１８に空気を給気する。低圧段膨張機本体１８は、空気配管４ｇを通じて給気口１８ａから空気を給気され、膨張させて排気口１８ｂから空気配管４ｈを通じて外気に排気する。
【００３１】
発電機１９ａ，１９ｂは、膨張機１６によって駆動されることで発電する。発電機１９ａ，１９ｂ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、発電機１９ａ，１９ｂで発電した電力は需要家設備３に供給される。
【００３２】
吸着塔１５は、窒素および酸素を吸着できるゼオライトなどの多孔質材料を含んでいる。そのため、圧縮機１１から供給された圧縮空気中の窒素および酸素を吸着できる。吸着塔１５には、圧力センサ１５ａが取り付けられており、内部の窒素および酸素の圧力を測定できる。本実施形態では、圧縮機１１から吸着塔１５に延びる空気配管４ｅにフィルタ（除去部）２１が介設されている。フィルタ２１は、圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去するためのものである。これにより、吸着塔１５には水分および二酸化炭素を除去した圧縮空気を供給できる。吸着塔１５はバルブ２０ｄが取り付けられた配管５ａによって膨張機１６と流体的に接続されており、詳細には、配管５ａは蓄圧タンク１４から膨張機１６まで延びる空気配管４ｆに合流している。吸着塔１５にて吸着および貯蔵された窒素および酸素は、配管５ａおよび空気配管４ｆを通じて膨張機１６に供給される。
【００３３】
また、本実施形態の吸着塔１５は、バルブ２０ｅが取り付けられた配管５ｂによって蓄圧タンク１４と流体的に接続されており、吸着塔１５と蓄圧タンク１４との間でガスのやりとりが可能である。さらに、本実施形態の吸着塔１５は、窒素配管６ａによって窒素タンク（窒素貯留部）２２にも流体的に接続されている。
【００３４】
窒素タンク２２は、例えば鋼製のタンクであり、吸着塔１５から供給された窒素を蓄えている。吸着塔１５で吸着するガスは前述のように窒素および酸素であるが、例えば吸着温度の違いを利用して窒素のみを窒素タンク２２に蓄えることができる。このような吸着塔１５からの特定のガス種を分離する方法は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法として公知であり、詳細な説明は省略する。また、窒素タンク２２は、後述するようにバルブ２０ｆが取り付けられた窒素配管（窒素供給ライン）６ｂを通じて高温熱媒タンク（蓄熱部）３２に流体的に接続されている。また、窒素配管６ｂからは窒素配管６ｃが分岐しており、窒素配管６ｃは第２熱交換器３１ａ上流の空気配管４ｆに接続されている。窒素配管６ｃには、バルブ２０ｋが取り付けられており、バルブ２０ｋを開くことで窒素タンク２２から膨張機１６に窒素を供給することができる。
【００３５】
次に、熱媒ラインには、第１熱交換器３０ａ，３０ｂと、第２熱交換器３１ａ，３１ｂと、高温熱媒タンク３２と、低温熱媒タンク３３とが設けられている。これらは熱媒配管７ａ〜７ｄによって流体的に接続されており、熱媒が熱媒配管７ａ〜７ｄを通ってこれらの間を循環している。熱媒配管７ａ〜７ｄには、熱媒を循環流動させるためのポンプ３４ａ，３４ｂが配設されている。なお、熱媒の種類は特に限定されず、例えば熱媒油または水であり得る。
【００３６】
第１熱交換器３０ａ，３０ｂは、上記の空気配管４ｂ，４ｃと、低温熱媒タンク３３および高温熱媒タンク３２を流体的に接続する熱媒配管７ａ，７ｂとにそれぞれ介設されている。熱媒配管７ａ，７ｂにはバルブ２０ｇ，２０ｈが取り付けられており、熱媒の流れを許容または遮断できる。低圧段圧縮機本体１２の吐出口１２ｂおよび高圧段圧縮機本体１３の吐出口１３ｂから吐出される圧縮空気は、圧縮熱により昇温しているため、常温以上の高温空気となっている。本実施形態では、この高温空気は、例えば１５５℃程度である。
【００３７】
第１熱交換器３０ａ，３０ｂでは、空気配管４ｂ，４ｃ内の高温空気と、常温の熱媒配管７ａ，７ｂ内の熱媒とで熱交換がそれぞれ行われている。詳細には、第１熱交換器３０ａ，３０ｂでは、空気配管４ｂ，４ｃ内の空気はそれぞれ冷却され、熱媒配管７ａ，７ｂ内の熱媒はそれぞれ加熱される。本実施形態では、第１熱交換器３０ａ，３０ｂで冷却された空気配管４ｂ，４ｃ内の空気は、例えば５０℃程度となり、第１熱交換器３０ａ，３０ｂで加熱された熱媒は例えば９０℃程度となる。第１熱交換器３０ａ，３０ｂで加熱された熱媒は熱媒配管７ａ，７ｂを通じてともに高温熱媒タンク３２に供給され、高温熱媒タンク３２にて貯蔵される。
【００３８】
高温熱媒タンク３２は、例えば鋼製のタンクであり、熱を外部に放出しないように外部から断熱されていることが好ましい。高温熱媒タンク３２は、熱媒配管７ｃ，７ｄを通じて低温熱媒タンク３３と流体的に接続されている。熱媒配管７ｃ，７ｄには、バルブ２０ｉ，２０ｊがそれぞれ取り付けられている。
【００３９】
第２熱交換器３１ａ，３１ｂは、上記の空気配管４ｆ，４ｇと、熱媒配管７ｃ，７ｄとに介設されている。第２熱交換器３１ａ，３１ｂでは、空気配管４ｆ，４ｇ内の空気と、高温の熱媒配管７ｃ，７ｄ内の熱媒とで熱交換が行われている。詳細には、第２熱交換器３１ａ，３１ｂでは、空気配管４ｆ，４ｇ内の空気はそれぞれ加熱され、熱媒配管７ｃ，７ｄ内の熱媒はそれぞれ冷却される。本実施形態では、第２熱交換器３１ａ，３１ｂで加熱された空気配管４ｆ，４ｇ内の空気は、例えば７０℃程度となり、第２熱交換器３１ａ，３１ｂで冷却された熱媒は例えば５０℃程度となる。第２熱交換器３１ａ，３１ｂで冷却された熱媒は熱媒配管７ｃ，７ｄを通じてともに低温熱媒タンク３３に供給され、低温熱媒タンク３３にて貯蔵される。
【００４０】
また、本実施形態では、高温熱媒タンク３２および低温熱媒タンク３３のそれぞれに対し、窒素タンク２２から延びる窒素配管６ｂが流体的に接続されている。
【００４１】
以上までに、空気ラインおよび熱媒ラインの２つのラインについて説明したが、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、制御装置４０もさらに備える。そのため、以下、制御装置４０およびその制御について説明する。制御装置４０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。制御装置４０は、ＣＡＥＳ発電装置１内の各バルブ２０ａ〜２０ｊの開閉を制御している。以下では、特に、空気の流れに関する制御を説明する。そのため、制御されるバルブは、２０ａ〜２０ｅの５個である。
【００４２】
吸着塔１５に窒素および酸素を吸着させるとき、バルブ２０ｂを開き、それ以外のバルブ２０ａ，２０ｃ〜２０ｅを閉じる。これにより、圧縮機１１から吸着塔１５に圧縮空気を供給し、吸着塔１５にて窒素および酸素を回収できる。
【００４３】
吸着塔１５の窒素および酸素を利用して発電するとき、バルブ２０ｄを開き、それ以外のバルブ２０ａ〜２０ｃ，２０ｅを閉じる。これにより、吸着塔１５から膨張機１６に窒素および酸素を供給でき、発電機１９ａ，１９ｂによって発電できる。
【００４４】
蓄圧タンク１４に圧縮空気を供給するとき、バルブ２０ａを開き、それ以外のバルブ２０ｂ〜２０ｅを閉じる。これにより、圧縮機１１から蓄圧タンク１４に圧縮空気を供給し、蓄圧タンク１４に圧縮空気を貯蔵できる。
【００４５】
蓄圧タンク１４の圧縮空気を利用して発電するとき、バルブ２０ｃを開き、それ以外のバルブ２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｅを閉じる。これにより、蓄圧タンク１４から膨張機１６に圧縮空気を供給でき、発電機１９ａ，１９ｂによって発電できる。
【００４６】
吸着塔１５から蓄圧タンク１４に窒素および酸素を供給するとき、バルブ２０ｅを開き、それ以外のバルブ２０ａ〜２０ｄを閉じる。これにより、吸着塔１５から窒素および酸素を供給できる。特に、本制御は、既に吸着塔１５に十分な窒素および酸素が貯蔵されており、かつ、蓄圧タンク１４内に十分な圧縮空気が貯蔵されていないときに有効である。従って、本制御は、例えば圧力センサ１４ａ，１５ｂの各測定値に基づいて実行されてもよい。
【００４７】
蓄圧タンク１４から吸着塔１５に圧縮空気を供給するとき、バルブ２０ａ，２０ｂを開き、それ以外のバルブ２０ｃ〜２０ｅを閉じる。これにより、蓄圧タンク１４から吸着塔１５にフィルタ２１を介して圧縮空気を供給できる。特に、本制御は、既に蓄圧タンク１４内に十分な圧縮空気が貯蔵されており、かつ、吸着塔１５に十分な窒素および酸素が貯蔵されていないときに有効である。従って、本制御は、例えば圧力センサ１４ａ，１５ｂの各測定値に基づいて実行されてもよい。
【００４８】
以上のような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１４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１６に供給し、発電機１９ａ，１９ｂを駆動して発電できる。蓄圧タンク１４は、貯蔵空気量を多く確保するため、大型であることが好ましい。しかし、大型の蓄圧タンク１４は設置場所および製造コストの観点では不利である。これに対し、上記構成では、吸着塔１５が設けられているので、窒素および酸素を吸着塔１５にて吸着できる。そのため、蓄圧タンク１４にて貯蔵する圧縮空気量を減少でき、蓄圧タンク１４を小型化できる。従って、必要な貯蔵空気量を確保しつつ、上記不利な点を解消し得る。また、上記構成では、また、フィルタ２１が設けられているので、フィルタ２１によって圧縮空気中の水分および二酸化炭素を除去した残りの空気を吸着塔１５に供給できる。従って、吸着塔１５が水分および二酸化炭素によって悪影響を受けることもなく、さらに膨張後に排気される空気も水分および二酸化炭素が除去された清浄な空気となり得る。また、後述するように、吸着塔１５にて吸着した窒素および酸素を有効利用することもできる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、吸着塔１５に窒素および酸素が吸着された際、ゼオライトなどの多孔質体内では窒素および酸素が液化するため、気体状態の窒素および酸素を貯蔵するよりも小さな体積で窒素および酸素を貯蔵できる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、圧縮機１１から蓄圧タンク１４または吸着塔１５に選択的に圧縮空気を直接供給でき、選択的に蓄圧タンク１４または吸着塔１５から膨張機１６に圧縮空気、窒素、または酸素などのガスを直接供給できる。従って、蓄圧タンク１４の圧縮空気残量および吸着塔１５の窒素および酸素残量などに応じた汎用性の高い運転が可能となる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、圧縮機１１で発生する圧縮熱を第１熱交換器３０ａ，３０ｂにて熱媒に回収し、第１熱交換器３０ａ，３０ｂにて昇温した高温熱媒を高温熱媒タンク３２に蓄え、必要に応じて第２熱交換器３１ａ，３１ｂにてこの高温熱媒を利用して膨張直前の空気を加熱できる。そのため、装置内で発生する熱を有効に利用して膨張効率を向上でき、即ち発電効率を向上できる。換言すると、これらが設けられていないＣＡＥＳ発電装置１では、圧縮機１１で発生した圧縮熱は回収されず、高温の圧縮空気が蓄圧タンク１４に蓄えられる。この高温の圧縮空気は蓄圧タンク１４に蓄えられている間に大気へ熱を放出するため、エネルギー損失が生じる。従って、本実施形態の構成ではこのエネルギー損失を防止することでエネルギー効率を向上させている。
【００５２】
また、本実施形態によれば、吸着塔１５によって窒素を吸着し、吸着した窒素を窒素タンク２２に蓄え、蓄えた窒素を窒素配管６ｂを通じて高温熱媒タンク３２および低温熱媒タンク３３に供給できる。そのため、この窒素を利用して高温熱媒タンク３２および低温熱媒タンク３３内の熱媒の劣化を防止することができる。例えば、窒素を高温熱媒タンク３２および低温熱媒タンク３３内に満たすことで、熱媒の酸化を防止することができる。
【００５３】
図２に示すように、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１の変形例として、吸着塔１５と蓄圧タンク１４は直列に接続されていてもよい。
【００５４】
本変形例では、圧縮機１１は、フィルタ２１およびバルブ２０ｂが取り付けられた空気配管４ｅを通じて吸着塔１５に流体的に接続されている。吸着塔１５は、バルブ２０ｂが取り付けられた配管５ｂを通じて蓄圧タンク１４に流体的に接続されている。蓄圧タンク１４は、バルブ２０ｃが取り付けられた空気配管４ｆを通じて膨張機１６に流体的に接続されている。これら以外の構成は、実質的に先の実施形態と同じである。
【００５５】
本変形例によれば、吸着塔１５と蓄圧タンク１４が直列に接続されていることで接続構成が簡易なものとなる。また、吸着塔１５が蓄圧タンク１４の上流に配置されていることで蓄圧タンク１５に供給されるガスを吸着塔１４にて窒素および酸素を吸着した後の空気にできるため、蓄圧タンク１５に貯蔵する空気を少なくすることができ、蓄圧タンク１５を小型化できる。
【００５６】
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、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。
【００５７】
以上より、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、窒素タンク２２を酸素タンクに置換してもよいし、窒素タンク２２自体を省略してもよい。また、上記実施形態およびその変形例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】
【００５８】
１  圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２  発電設備
３  需要家設備
４ａ〜４ｈ  空気配管
５ａ，５ｂ  配管
６ａ〜６ｃ  窒素配管
７ａ〜７ｄ  熱媒配管
１０ａ，１０ｂ  モータ（電動機）
１１  圧縮機
１２  低圧段圧縮機本体
１２ａ  吸気口
１２ｂ  吐出口
１３  高圧段圧縮機本体
１３ａ  吸気口
１３ｂ  吐出口
１４  蓄圧タンク（蓄圧部）
１４ａ  圧力センサ
１５  吸着塔（吸着部）
１５ａ  圧力センサ
１６  膨張機
１７  高圧段膨張機本体
１７ａ  給気口
１７ｂ  排気口
１８  低圧段膨張機本体
１８ａ  給気口
１８ｂ  排気口
１９ａ，１９ｂ  発電機
２０ａ〜２０ｋ  バルブ
２１  フィルタ（除去部）
２２  窒素タンク（窒素貯留部）
３０ａ，３０ｂ  第１熱交換器
３１ａ，３１ｂ  第２熱交換器
３２  高温熱媒タンク（蓄熱部）
３３  低温熱媒タンク
３４ａ，３４ｂ  ポンプ
４０  制御装置
【図１】
2018182996.tif 000003
【図２】
2018182996.tif 000004