(57)【要約】【課題】圧縮空気貯蔵発電装置において、部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下を抑制する。【解決手段】圧縮空気貯蔵発電装置１は、蓄圧タンク５から膨張機７に供給される圧縮空気と、高温熱媒タンク１１から供給される熱媒とで熱交換し、圧縮空気を昇温させる、複数台の空気ヒータ８を備える。弁Ｖ２は、個々の空気ヒータ８を、圧縮空気が流れる状態とこの流れが遮断した状態とのいずれかに設定されるように、空気流路系２Ｂを切換可能である。弁Ｖ４は、高温熱媒タンク１１から低温熱媒タンク１２へ熱媒が流れる状態と、この流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、熱媒流路系３Ｂを切換可能である。制御装置１４は、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、弁Ｖ２，Ｖ４を制御する。【選択図】図１
2019027289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された膨張機と、
前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第１熱交換器と、
前記第１熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、
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、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第２熱交換器と、
前記第２熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
前記複数台の第２熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の空気出口を前記膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第１空気流路系と、
個々の前記第２熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１空気流路系を切換可能な第１空気流路系切換部と、
前記複数台の第２熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第１熱媒流路系と、
前記第１熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第１熱媒ポンプと、
個々の前記第２熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１熱媒流路系を切換可能な第１熱媒流路系切換部と、
発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する制御部と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御し、
前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記第１熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項４】
前記第１熱媒流路系は、個々の前記複数台の第２熱交換器の前記熱媒出口と、前記高温蓄熱部とを流体的に接続する第１熱媒戻り流路をさらに備え、
前記第１熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第２熱交換器と前記高温蓄熱部との前記第１熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、
前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第１熱媒戻り流路を介して前記高温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御する、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項５】
前記低温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第１温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１温度検出部によって検出される温度が予め定められた設定温度以下となるように、前記第１空気流路系切換部、前記第１熱媒流路系切換部、及び前記第１熱媒ポンプを制御する、請求項２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】
前記第１空気流路系における前記複数台の第２熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第１差圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第１空気流路系切換部、前記第１熱媒流路系切換部、及び前記第１熱媒ポンプを制御する、請求項２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７】
前記制御部は、前記複数台の第２熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを制御する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項８】
前記複数台の第１熱交換器の空気入口を前記圧縮機の吐出口にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第１熱交換器の空気出口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続する第２空気流路系と、
個々の前記第１熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第２空気流路系を切換可能な第２空気流路系切換部と、
前記複数台の第１熱交換器の熱媒入口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第１熱交換器の熱媒出口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第２熱媒流路系と、
前記第２熱媒流路系に設けられ、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第２熱媒ポンプと、
個々の前記第１熱交換器を、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第２熱媒流路系を切換可能な第２熱媒流路系切換部と、
をさらに備え、
前記制御部は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する、請求項１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。
【請求項９】
前記制御部は、前記充電電力要求値が前記充電電力定格値未満である部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御する、請求項８に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御し、
前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記第２熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる、請求項９に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１１】
前記第２熱媒流路系は、個々の前記複数台の第１熱交換器の前記熱媒出口と、前記低温蓄熱部とを流体的に接続する第２熱媒戻り流路をさらに備え、
前記第２熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第１熱交換器と前記低温蓄熱部との前記第１熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、
前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第２熱媒戻り流路を介して前記低温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御する、請求項９に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１２】
前記高温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第２温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２温度検出部によって検出された温度が予め定められた設定温度以上となるように、前記第２空気流路系切換部、前記第２熱媒流路系切換部、及び前記第２熱媒ポンプを制御する、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１３】
前記第２空気流路系における前記複数台の第１熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第２差圧検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第２空気流路系切換部、前記第２熱媒流路系切換部、及び前記第２熱媒ポンプを制御する、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記複数台の第１熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部とを制御する、請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
【請求項１５】
電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、
前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された膨張機と、
前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第１熱交換器と、
前記第１熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、
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、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第２熱交換器と、
前記第２熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
前記複数台の第２熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の空気出口を前記膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第１空気流路系と、
個々の前記第２熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１空気流路系を切換可能な第１空気流路系切換部と、
前記複数台の第２熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第１熱媒流路系と、
前記第１熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第１熱媒ポンプと、
個々の前記第２熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１熱媒流路系を切換可能な第１熱媒流路系切換部と
を備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、
発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する、圧縮空気貯蔵発電方法。
【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及び圧縮空気貯蔵発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変動する不安定な発電出力を平滑化又は平準化するための技術の一つとして、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＡＡ−ＣＡＥＳ（Advanced Adiabatic Compressed Air Energy）型の圧縮空気貯蔵発電装置が開示されている。この圧縮空気貯蔵発電装置は、空気クーラ（熱交換器）、高温熱媒タンク、空気ヒータ（熱交換器）、及び低温熱媒タンクを備えている。充電時には、圧縮機から吐出された圧縮空気は、空気クーラにおける熱媒との熱交換によって熱回収された後、蓄圧タンクに貯蔵される。また、熱回収により昇温した熱媒は、高温熱媒タンクに回収される。発電時には、蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気は、空気ヒータにおける熱媒との熱交換によって加熱された後、膨張機に供給される。また、熱交換により降温した熱媒は、低温熱媒タンクに回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４８０６３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に開示された圧縮空気貯蔵発電装置では、充発電の負荷が定格未満である部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下について特に考慮されていない。
【０００６】
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された膨張機と、前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第１熱交換器と、前記第１熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、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、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第２熱交換器と、前記第２熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数台の第２熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の空気出口を前記膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第１空気流路系と、個々の前記第２熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１空気流路系を切換可能な第１空気流路系切換部と、前記複数台の第２熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第１熱媒流路系と、前記第１熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第１熱媒ポンプと、個々の前記第２熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１熱媒流路系を切換可能な第１熱媒流路系切換部と、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する制御部とを備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
【０００８】
具体的には、前記制御部は、前記発電電力要求値が前記発電電力定格値未満である部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御する。
【０００９】
部分負荷発電時には、１台又は複数台の第２熱交換器に対する空気の流れが遮断される。また、部分負荷発電時には、空気の流れが遮断された第２熱交換器について高温蓄熱部から低温蓄熱部への熱媒の流れが遮断される。つまり、部分負荷発電時には、１台又は複数台の第２熱交換器は使用されず、残りの第２熱交換器によって蓄圧部からの圧縮空気と高温蓄熱部からの熱媒との熱交換が行われる。これにより、部分負荷発電時に、熱交換に使用される第２熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減できる。熱交換に使用される第２熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する第２熱交換器の熱交換性能の低下を抑制できる。また、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減することで、低温蓄熱部に流入する熱媒の温度低下の不足を回避でき、低温蓄熱部内の熱媒の温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。以上より、部分負荷発電時における熱媒の熱利用の効率低下を抑制できる。
【００１０】
さらに具体的には、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御し、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記第１熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させる。
【００１１】
代案としては、前記第１熱媒流路系は、個々の前記複数台の第２熱交換器の前記熱媒出口と、前記高温蓄熱部とを流体的に接続する第１熱媒戻り流路をさらに備え、前記第１熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第２熱交換器と前記高温蓄熱部との前記第１熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、前記制御部は、前記部分負荷発電時に、前記複数台の前記第２熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第１熱媒戻り流路を介して前記高温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部を制御する。
【００１２】
この構成によれば、部分負荷発電時に、蓄圧部からの圧縮空気との熱交換に使用しない第２熱交換器と高温蓄熱部との間に熱媒の循環経路が形成される。その結果、高温蓄熱部の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、蓄圧部からの圧縮空気との熱交換に使用しない第２熱交換器内の熱媒が、外気温度との温度差によって降温するのを防止できる。
【００１３】
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記低温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第１温度検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１温度検出部によって検出される温度が予め定められた設定温度以下となるように、前記第１空気流路系切換部、前記第１熱媒流路系切換部、及び前記第１熱媒ポンプを制御してもよい。
【００１４】
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記第１空気流路系における前記複数台の第２熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第１差圧検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第１空気流路系切換部、前記第１熱媒流路系切換部、及び前記第１熱媒ポンプを制御してもよい。
【００１５】
前記制御部は、前記複数台の第２熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを制御してもよい。
【００１６】
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記複数台の第１熱交換器の空気入口を前記圧縮機の吐出口にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第１熱交換器の空気出口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続する第２空気流路系と、個々の前記第１熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第２空気流路系を切換可能な第２空気流路系切換部と、前記複数台の第１熱交換器の熱媒入口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第１熱交換器の熱媒出口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第２熱媒流路系と、前記第２熱媒流路系に設けられ、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第２熱媒ポンプと、個々の前記第１熱交換器を、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第２熱媒流路系を切換可能な第２熱媒流路系切換部とをさらに備え、前記制御部は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部とを少なくとも制御してもよい。
【００１７】
具体的には、前記制御部は、前記充電電力要求値が前記充電電力定格値未満である部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台が、前記空気の流れが遮断され、かつ前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態に設定されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御してもよい。
【００１８】
部分負荷充電時には、１台又は複数台の第１熱交換器に対する空気の流れが遮断される。また、部分負荷充電時には、空気の流れが遮断された第１熱交換器について低温蓄熱部から高温蓄熱部への熱媒の流れが遮断される。つまり、部分負荷充電時には、１台又は複数台の第１熱交換器は使用されず、残りの第１熱交換器によって圧縮機からの圧縮空気と低温蓄熱部からの熱媒との熱交換が行われる。これにより、部分負荷充電時に、熱交換に使用される第１熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温蓄熱部から低温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減できる。熱交換に使用される第１熱交換器における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する第１熱交換器の熱交換性能の低下を抑制できる。また、低温蓄熱部から高温蓄熱部に流れる熱媒の流量を低減することで、高温蓄熱部に流入する熱媒の温度上昇の不足を回避でき、高温蓄熱部内の熱媒の温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。以上より、部分負荷充電時における熱媒による熱回収の効率低下を抑制できる。
【００１９】
さらに具体的には、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、かつ前記熱媒の流入及び流出が停止されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御し、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記第２熱媒ポンプによって送出される前記熱媒の流量を減少させてもよい。
【００２０】
代案としては、前記第２熱媒流路系は、個々の前記複数台の第１熱交換器の前記熱媒出口と、前記低温蓄熱部とを流体的に接続する第２熱媒戻り流路をさらに備え、前記第２熱媒流路系切換部は、個々の前記複数台の第１熱交換器と前記低温蓄熱部との前記第１熱媒戻り流路を介した連通と遮断を切換可能であり、前記制御部は、前記部分負荷充電時に、前記複数台の前記第１熱交換器のうちの１台又は複数台について、前記空気の流れが遮断され、前記低温蓄熱部から前記高温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断され、かつ前記熱媒出口から前記第２熱媒戻り流路を介して前記低温蓄熱部に前記熱媒が流れるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部を制御してもよい。
【００２１】
この構成によれば、部分負荷充電時に、圧縮機からの圧縮空気との熱交換に使用しない第１熱交換器と低温蓄熱部との間に熱媒の循環経路が形成される。その結果、低温蓄熱部の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、圧縮機からの圧縮空気との熱交換に使用しない第１熱交換器内の熱媒が、外気温度との温度差によって降温するのを防止できる。
【００２２】
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記高温蓄熱部内の前記熱媒の温度を検出する第２温度検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第２温度検出部によって検出された温度が予め定められた設定温度以上となるように、前記第２空気流路系切換部、前記第２熱媒流路系切換部、及び前記第２熱媒ポンプを制御してもよい。
【００２３】
圧縮空気貯蔵発電装置は、前記第２空気流路系における前記複数台の第１熱交換器の前記空気入口側と前記空気出口側との差圧を検出する第２差圧検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第２差圧検出部で検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、前記第２空気流路系切換部、前記第２熱媒流路系切換部、及び前記第２熱媒ポンプを制御してもよい。
【００２４】
前記制御部は、前記複数台の第１熱交換器間で使用時間が均一化されるように、前記第２空気流路系切換部と前記第２熱媒流路系切換部とを制御してもよい。
【００２５】
本発明の第２の態様は、電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により生成された圧縮空気を貯蔵する蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される前記圧縮空気によって駆動され、発電機に機械的に接続された膨張機と、前記圧縮機で生成された前記圧縮空気と熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を降温させる、複数台の第１熱交換器と、前記第１熱交換器での前記熱交換によって昇温された前記熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と、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、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒とで熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる、複数台の第２熱交換器と、前記第２熱交換器での前記熱交換によって降温された熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数台の第２熱交換器の空気入口を前記蓄圧部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の空気出口を前記膨張機の給気口にそれぞれ流体的に接続する第１空気流路系と、個々の前記第２熱交換器が、前記圧縮空気が流れる状態と、前記圧縮空気の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１空気流路系を切換可能な第１空気流路系切換部と、前記複数台の第２熱交換器の熱媒入口を前記高温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続すると共に、前記複数台の第２熱交換器の熱媒出口を前記低温蓄熱部にそれぞれ流体的に接続する第１熱媒流路系と、前記第１熱媒流路系に設けられ、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒を送出する第１熱媒ポンプと、個々の前記第２熱交換器を、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部へ前記熱媒が流れる状態と、前記高温蓄熱部から前記低温蓄熱部への前記熱媒の流れが遮断された状態とのいずれかに設定されるように、前記第１熱媒流路系を切換可能な第１熱媒流路系切換部とを備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に少なくとも基づいて、前記第１空気流路系切換部と前記第１熱媒流路系切換部とを少なくとも制御する、圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、部分負荷運転時における熱媒による熱回収と熱利用の効率低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１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】充電運転時の制御を説明するためのフローチャート。
【図３】充電運転時の制御の代案を説明するためのフローチャート。
【図４】充電運転時の弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。
【図５】発電運転時の制御を説明するためのフローチャート。
【図６】発電運転時の制御の代案を説明するためのフローチャート。
【図７】発電運転時の弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【図１１】充電運転時の弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。
【図１２】発電運転時の弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る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】
【００２８】
（第１実施形態）
図１に示す本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置１は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置（図示せず）の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給すると共に、電力需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。
【００２９】
本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、空気流路系２と熱媒流路系３とを備える。
【００３０】
（空気流路系）
空気流路系２は、２系統の空気流路系２Ａ，２Ｂを備える。
【００３１】
一方の空気流路系２Ａ（第２空気流路系）には、圧縮機１０、複数台の空気クーラ４（第１熱交換器）、及び蓄圧タンク（蓄圧部）５が設けられている。
【００３２】
圧縮機１０には、電動機６が機械的に接続されている。電動機６は、風力、太陽光、太陽熱、波力のような再生可能エネルギーにより発電する発電装置（図示せず）からの変動する入力電力によって駆動される。電動機６は電力系統から給電されるものでもよい。本実施形態の圧縮機１０は、スクリュ式である。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。圧縮機１０は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
【００３３】
空気流路系２Ａは、複数台の空気クーラ４の空気入口４ａを圧縮機１０の吐出口１０ｂにそれぞれ流体的に接続する空気流路２１と、複数の空気クーラ４の空気出口４ｂを蓄圧タンク５にそれぞれ流体的に接続する空気流路２２とを備える。つまり、空気流路系２Ａには、圧縮機１０と蓄圧タンク５の間に、複数台の空気クーラ４が並列的に設けられている。
【００３４】
空気流路２２の個々の空気クーラ４の空気出口４ｂに接続された箇所には、後述の制御装置１４により開閉制御可能な弁Ｖ１がそれぞれ設けられている。１個の弁Ｖ１が開弁であると、対応する空気クーラ４は、圧縮機１０からの圧縮空気が流れる状態となる。１個の弁Ｖ１が閉弁であると、対応する空気クーラ４は圧縮機１０からの圧縮空気の流れが遮断された状態となる。つまり、個々の空気クーラ４は、対応する１個の弁Ｖ１が開弁であると圧縮機１０からの圧縮空気の冷却に使用されるが、対応する１個の弁Ｖ１が閉弁であると圧縮機１０からの圧縮空気の冷却に使用されない。弁Ｖ１は本発明における第２空気流路系切換部を構成している。
【００３５】
他方の空気流路系２Ｂ（第１空気流路系）には、膨張機７、複数台の空気ヒータ（第２熱交換器）８、及び蓄圧タンク５が設けられている。
【００３６】
膨張機７には、発電機９が機械的に接続されている。発電機９は電力系統（図示せず）に電気的に接続されている。本実施形態の膨張機７は、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機７は、回転数制御可能である点で、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。膨張機７は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。
【００３７】
空気流路系２Ｂは、複数の空気ヒータ８の空気入口８ａを蓄圧タンク５にそれぞれ流体的に接続する空気流路２３と、複数の空気ヒータ８の空気出口８ｂを膨張機７の給気口７ａにそれぞれ流体的に接続する空気流路２４とを備える。
【００３８】
空気流路２４の個々の空気ヒータ８の空気出口８ｂに接続された箇所には、後述の制御装置１４により開閉制御可能な弁Ｖ２がそれぞれ設けられている。１個の弁Ｖ２が開弁であると、対応する空気ヒータ８は、蓄圧タンク５からの圧縮空気が流れる状態となる。１個の弁Ｖ２が閉弁であると、対応する空気ヒータ８は蓄圧タンク５からの圧縮空気の流れが遮断された状態となる。つまり、個々の空気ヒータ８は、対応する１個の弁Ｖ２が開弁であると蓄圧タンク５からの圧縮空気の加熱に使用されるが、対応する１個の弁Ｖ２が閉弁である蓄圧タンク５からの圧縮空気の加熱に使用されない。弁Ｖ２は本発明における第１空気流路系切換部を構成している。
【００３９】
（熱媒流路系）
熱媒流路系３は、２系統の熱媒流路系３Ａ，３Ｂを備える。
【００４０】
一方の熱媒流路系３Ａ（第２熱媒流路系）には、低温熱媒タンク１２（低温蓄熱部）、複数台の空気クーラ４、及び高温熱媒タンク１１（高温蓄熱部）が設けられている。
【００４１】
熱媒流路系３Ａは、複数台の空気クーラ４の熱媒入口４ｃを低温熱媒タンク１２にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路３１と、複数の空気クーラ４の熱媒出口４ｄを高温熱媒タンク１１にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路３２とを備える。つまり、熱媒流路系３Ａには、低温熱媒タンク１２と高温熱媒タンク１１との間に、複数台の空気クーラ４が並列的に設けられている。熱媒流路３１には、低温熱媒タンク１２から、空気クーラ４を介して、高温熱媒タンク１１へ熱媒を送出するための熱媒ポンプ１３Ａ（第２熱媒ポンプ）が設けられている。
【００４２】
熱媒流路３１の個々の空気クーラ４の熱媒入口４ｃに接続された箇所には、後述の制御装置１４により開閉制御可能な弁Ｖ３がそれぞれ設けられている。１個の弁Ｖ３が開弁であると、対応する空気クーラ４は、低温熱媒タンク１２からの熱媒が流れる状態となる。１個の弁Ｖ３が閉弁であると、対応する空気クーラ４は、低温熱媒タンク１２から高温熱媒タンク１１への熱媒の流れが遮断された状態（熱媒入口４ｃへの熱媒の流入と熱媒出口４ｄからの熱媒の流出がない状態）となる。つまり、個々の空気クーラ４は、対応する弁Ｖ３が開弁であると熱媒が流れるが、対応する弁Ｖ３が閉弁であると熱媒が流れない。弁Ｖ３は本発明における第２熱媒流路系切換部を構成している。
【００４３】
他方の熱媒流路系３Ｂ（第１熱媒流路系）には、高温熱媒タンク１１、複数台の空気ヒータ８、及び低温熱媒タンク１２が設けられている。
【００４４】
熱媒流路系３Ｂは、複数台の空気ヒータ８の熱媒入口８ｃを高温熱媒タンク１１にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路３３と、複数台の空気ヒータ８の熱媒出口８ｄを低温熱媒タンク１２にそれぞれ流体的に接続する熱媒流路３４とを備える。つまり、熱媒流路系３Ｂには、高温熱媒タンク１１と低温熱媒タンク１２との間に、複数台の空気ヒータ８が並列的に設けられている。熱媒流路３３には、高温熱媒タンク１１から、空気ヒータ８を介して、低温熱媒タンク１２へ熱媒を送出するための熱媒ポンプ１３Ｂ（第１熱媒ポンプ）が設けられている。
【００４５】
熱媒流路３３の個々の空気ヒータ８の熱媒入口８ｃに接続された箇所には、後述する制御装置１４により開閉制御可能な弁Ｖ４がそれぞれ設けられている。１個の弁Ｖ４が開弁であると、対応する空気ヒータ８は、高温熱媒タンク１１からの熱媒が流れる状態となる。１個の弁Ｖ４が閉弁であると、対応する空気ヒータ８は、高温熱媒タンク１１から低温熱媒タンク１２への熱媒の流れが遮断された状態（熱媒入口８ｃへの熱媒の流入と熱媒出口８ｄからの熱媒の流出がない状態）となる。つまり、個々の空気ヒータ８は、対応する弁Ｖ４が開弁であると熱媒が流れるが、対応する弁Ｖ４が閉弁であると熱媒が流れない。弁Ｖ４は本発明における第１熱媒流路系切換部を構成している。
【００４６】
（制御装置）
制御装置１４（制御部）は、ＣＡＥＳ発電装置１の外部から入力される充電要求（充電電力要求値を含む）と、発電要求（発電電力要求値を含む）とに基づいて、ＣＡＥＳ発電装置１の種々の構成要素を統括的に制御する。このような要素には、圧縮機１０を駆動する電動機６、熱媒ポンプ１３Ａ，１３Ｂ、及び弁Ｖ１〜Ｖ４が含まれる。制御装置３７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できる。
【００４７】
（充電運転）
図２は、充電運転時の制御の概要を示す。充電運転時には、充電電力要求値の充電電力定格値に対する比較に基づいて、空気クーラ４の台数制御が実行される。
【００４８】
ステップＳ２１において、制御装置１４は充電電力要求値を確認する。続いて、ステップＳ２２において、制御装置１４は、予め記憶された充電電力要求値毎の空気クーラ使用台数のデータに基づいて、空気クーラの台数制御を実行する。具体的には、充電電力要求値が充電電力定格値未満であれば、全ての空気クーラ４を使用するのではなく、１台又は複数台の空気クーラ４は使用せず、残りの空気クーラ４で圧縮機１０からの圧縮空気と熱媒との熱交換を実行する。充電電力要求値が充電電力定格値に対する小さい程、熱交換に使用する空気クーラ４の台数を減らす。充電電力要求値が充電電力定格値以上であれば、全ての空気クーラ４が使用される。
【００４９】
充電運転時には、熱媒ポンプ１３Ａが作動し、熱媒ポンプ１３Ｂは非作動である。本実施形態では、部分負荷充電時には、熱交換に使用する空気クーラ４の台数が少ない程、熱媒ポンプ１３Ａによって送出される熱媒の流量が減少される。
【００５０】
図４を併せて参照すると、熱交換に使用しない空気クーラ４（この例では１台）については、弁Ｖ１と弁Ｖ３が閉弁に設定される。つまり、熱交換に使用しいな空気クーラ４については、圧縮機１０からの圧縮空気の流れが遮断され、かつ低温熱媒タンク１２から高温熱媒タンク１１への熱媒の流れが遮断された状態（熱媒入口４ｃへの熱媒の流入と熱媒出口４ｄからの熱媒の流出がない状態）となる。熱交換に使用する空気クーラ４については、弁Ｖ１と弁Ｖ３は開弁に設定される。
【００５１】
充電運転時には、発電装置から入力される変動する電力により電動機６が駆動され、電動機６によって圧縮機１０が駆動される。圧縮機１０は吸込口１０ａから空気を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。圧縮機１０の吐出口１０ｂから吐出された圧縮空気は、空気流路系２Ｂを通って蓄圧タンク５に圧送され、蓄圧タンク５に貯蔵される。つまり、蓄圧タンク５は、圧縮空気を貯蔵してエネルギーとして蓄積する。圧縮空気は、蓄圧タンク５に圧送される前に、熱交換に使用する空気クーラ４（弁Ｖ１，Ｖ３が開弁に設定されている）を通過するが、熱交換に使用しない空気クーラ４（弁Ｖ１，Ｖ３は閉弁に設定されている）は通過しない。
【００５２】
充電運転時には、熱媒ポンプ１３Ａによって、低温熱媒タンク１２に貯蔵された熱媒が、熱媒流路系３Ａを通って高温熱媒タンク１１に送られる。熱媒は、高温熱媒タンク１１に送られる前に、熱交換に使用する空気クーラ４（弁Ｖ１，Ｖ３が開弁に設定されている）を通過するが、熱交換に使用しない空気クーラ４（弁Ｖ１，Ｖ３は閉弁に設定されている）は通過しない。
【００５３】
圧縮機１０の吐出口１０ｂから吐出された圧縮空気は、圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっている。熱交換に使用する空気クーラ４では、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は冷却され、熱媒は加熱される。従って、蓄圧タンク５には、熱交換によって降温した圧縮空気が貯蔵される。また、高温熱媒タンク１１には、熱交換後の昇温した熱媒が貯蔵される。
【００５４】
仮に、部分負荷充電時に、単に熱媒ポンプ１３Ａによって送出される流量を低減させ、空気クーラ４の台数制御を実行しないとすると、個々の空気クーラ４を流れる熱媒の流速が低下することになる。空気クーラ４を流れる熱媒の流速の低下は、熱交換性能の低下を招く。本実施形態では、部分負荷充電時に、空気クーラ４の台数制御を行い、かつ熱交換に使用する空気クーラ４の台数に応じて熱媒ポンプ１３Ａによって送出される流量を低減することで、熱交換に使用される空気クーラ４における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、低温熱媒タンク１２から高温熱媒タンク１１に流れる熱媒の流量を低減できる。
【００５５】
部分負荷充電時に、熱交換に使用される空気クーラ４における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する空気クーラ４の熱交換性能の低下を抑制できる。また、部分負荷充電時に、低温熱媒タンク１２から高温熱媒タンク１１に流れる熱媒の流量を低減することで、高温熱媒タンク１１に流入する熱媒の温度上昇の不足を回避でき、高温熱媒タンク１１内の熱媒の温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。従って、補助的なヒータによって高温熱媒タンク１１へ流入する熱媒の温度を上昇させる必要がない。以上より、部分負荷発電時における熱媒における熱回収の効率低下を抑制し、充電電力量とシステム効率の低下を抑制できる。
【００５６】
部分負荷充電時に使用する熱媒量を節約できるので、低温熱媒タンク１２と高温熱媒タンク１１を大容量に設定する必要がなく、熱媒量の制限を受けずに長い充電運転時間を確保できる。
【００５７】
部分負荷充電時に、複数台の空気クーラ４のうちのいずれを熱交換に使用しないかは、複数台の空気クーラ４間で使用時間が均一化されるように選択される。例えば、制御装置１４は、個々の空気クーラ４の使用時間を記憶し、部分負荷充電時には、それまでの使用時間の長い空気クーラ４を優先して熱交換に使用しない空気クーラ４として選択する。
【００５８】
図５は、充電運転時の代案の制御の概要を示す。ステップＳ３１において、制御装置１４は充電電力要求値を確認する。続いて、ステップＳ３２において、制御装置１４は、充電電力要求値の充電電力定格値に対する割合αを算出する。また、ステップＳ３３において、制御装置１４は、割合αと予め記憶した空気クーラ設置台数Ｎ１（ＣＡＥＳ装置１が備える空気クーラ４の総台数）との積α＊Ｎ１に基づいて空気クーラ使用台数Ｎａを決定する。ステップＳ３４では、この空気クーラ使用台数Ｎａに基づいて空気クーラ４の台数制御と熱媒ポンプ１３Ａの流量制御が実行される。
【００５９】
例えば、充電電力定格値を１００として、実際の充電電力要求値が５０である場合を考える。この場合、割合αは０．５（５０％）であり、空気クーラ使用台数Ｎａは０．５Ｎ１（α＊Ｎ１）に設定される。しかし、０．５Ｎ１が整数にならない場合は、熱媒流速が定格以下となるとによる性能低下を避けるため、０．５Ｎ１以上の最初の整数を空気クーラ使用台数Ｎａに設定する。具体的には、仮に空気クーラ設置台数Ｎ１が３台で割合αが０．５であれば、空気クーラ使用台数Ｎａは２台となる。
【００６０】
（発電運転）
図５は、発電運転時の制御の概要を示す。発電運転時には、発電電力要求値の発電電力定格値に対する比較に基づいて、空気ヒータ８の台数制御が実行される。
【００６１】
ステップＳ５１において、制御装置１４は発電電力要求値を確認する。続いて、ステップＳ５２において、制御装置１４は、予め記憶された発電電力要求値毎の空気ヒータ使用台数のデータに基づいて、空気ヒータの台数制御を実行する。具体的には、発電電力要求値が発電電力定格値未満であれば、全ての空気ヒータ８を使用するのではなく、１台又は複数台の空気ヒータ８は使用せず、残りの１台又は複数台の空気ヒータ８で圧縮機１０からの圧縮空気と熱媒との熱交換を実行する。発電電力要求値が発電電力定格値に対する小さい程、熱交換に使用する空気ヒータ８の台数を減らす。発電電力要求値が発電電力定格値以上であれば、全ての空気ヒータ８が使用される。
【００６２】
発電運転時には、熱媒ポンプ１３Ｂが作動し、熱媒ポンプ１３Ａは非作動である。本実施形態では、部分負荷発電時には、熱交換に使用する空気ヒータ８の台数が少ない程、熱媒ポンプ１３Ｂによって送出される熱媒の流量が減少される。
【００６３】
図７を併せて参照すると、熱交換に使用しない空気ヒータ８（この例では１台）については、弁Ｖ２と弁Ｖ４が閉弁に設定される。つまり、熱交換に使用しいな空気ヒータ８については、蓄圧タンク５からの圧縮空気の流れが遮断され、かつ高温熱媒タンク１１から低温熱媒タンク１２への熱媒の流れが遮断された状態（熱媒入口８ｃへの熱媒の流入と熱媒出口８ｄからの熱媒の流出がない状態）となる。熱交換に使用する空気ヒータ８については、弁Ｖ２と弁Ｖ４は開弁に設定される。
【００６４】
発電運転時には、蓄圧タンク５から送出された圧縮空気が、空気流路系２Ａを通って膨張機７の給気口７ａに供給される。給気口７ａに給気された圧縮空気によって膨張機７が作動し、発電機９が複動される。発電機９で発電した電力は電力系統（図示せず）に供給される。膨張機７で膨張された空気は、排気口７ｂから排出される。圧縮空気は、膨張機７に供給される前に、熱交換に使用する空気ヒータ８（弁Ｖ２，Ｖ４が開弁に設定されている）を通過するが、熱交換に使用しない空気ヒータ８（弁Ｖ２，Ｖ４は閉弁に設定されている）は通過しない。
【００６５】
発電運転時には、熱媒ポンプ１３Ｂによって、高温熱媒タンク１１に貯蔵された熱媒が、熱媒流路系３Ｂを通って低温熱媒タンク１２に送られる。熱媒は、低温熱媒タンク１２に送られる前に、熱交換に使用する空気ヒータ８（弁Ｖ２，Ｖ４が開弁に設定されている）を通過するが、熱交換に使用しない空気ヒータ８（弁Ｖ２，Ｖ４は閉弁に設定されている）は通過しない。
【００６６】
膨張機７では、膨張時の吸熱により空気の温度が低下する。そのため、膨張機７に給気される圧縮空気は、高温であることが好ましい。熱交換に使用される空気ヒータ８では、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は加熱され、熱媒は冷却される。従って、膨張機７には、熱交換によって昇温した圧縮空気が供給される。また、低温熱媒タンク１２には、熱交換後の降温した熱媒が貯蔵される。
【００６７】
仮に、部分負荷発電時に、単に熱媒ポンプ１３Ｂによって送出される流量を低減させ、空気ヒータ８の台数制御を実行しないとすると、個々の空気ヒータ８を流れる熱媒の流速が低下することになる。空気ヒータ８を流れる熱媒の流速の低下は、熱交換性能の低下を招く。本実施形態では、部分負荷発電時に、空気ヒータ８の台数制御を行い、かつ熱交換に使用する空気ヒータ８の台数に応じて熱媒ポンプ１３Ａによって送出される流量を低減することで、熱交換に使用される空気ヒータ８における熱媒の流速の低下を抑制しつつ、高温熱媒タンク１１から低温熱媒タンク１２に流れる熱媒の流量を低減できる。
【００６８】
部分負荷発電時に、熱交換に使用される空気ヒータ８における熱媒の流速の低下を抑制することで、熱媒の流速低下に起因する空気ヒータ８の熱交換性能の低下を抑制できる。また、部分負荷発電時に、高温熱媒タンク１１から低温熱媒タンク１２に流れる熱媒の流量を低減することで、低温熱媒タンク１２に流入する熱媒の温度低下の不足を回避でき、低温熱媒タンク１２内の熱媒の温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。従って、空気ヒータ８以外の補助的なクーラによって低温熱媒タンク１２へ流入する熱媒の温度を低下させる必要がない。以上より、部分負荷発電時における熱媒における熱利用の効率低下を抑制し、発電電力量とシステム効率の低下を抑制できる。
【００６９】
部分負荷発電時に使用する熱媒量を節約できるので、低温熱媒タンク１２と高温熱媒タンク１１を大容量に設定する必要がなく、熱媒量の制限を受けずに長い発電運転時間を確保できる。
【００７０】
部分負荷発電時に、複数台の空気ヒータ８のうちのいずれを熱交換に使用しないかは、複数台の空気ヒータ８間で使用時間が均一化されるように選択される。例えば、制御装置１４は、個々の空気ヒータ８の使用時間を記憶し、部分負荷発電時には、それまでの使用時間の長い空気ヒータ８を優先して熱交換に使用しない空気ヒータ８として選択する。
【００７１】
図６は、発電運転時の代案の制御の概要を示す。ステップＳ６１において、制御装置１４は発電電力要求値を確認する。続いて、ステップＳ６２において、制御装置１４は、発電電力要求値の発電電力定格値に対する割合βを算出する。また、ステップＳ６３において、制御装置１４は、割合βと予め記憶した空気ヒータ設置台数Ｎ２（ＣＡＥＳ装置１が備える空気ヒータ８の総台数）との積β＊Ｎ２に基づいて空気ヒータ使用台数Ｎｂを決定する。ステップＳ６４では、この空気ヒータ使用台数Ｎａに基づいて空気ヒータ８の台数制御と熱媒ポンプ１３Ａの流量制御が実行される。
【００７２】
例えば、発電電力定格値を１００として、実際の発電電力要求値が５０である場合を考える。この場合、割合βは０．５（５０％）であり、空気ヒータ使用台数Ｎｂは０．５Ｎ２（β＊Ｎ２）に設定される。しかし、０．５Ｎ２が整数にならない場合は、熱媒流速が定格以下となるとによる性能低下を避けるため、０．５Ｎ２以上の最初の整数を空気ヒータ使用台数Ｎｂに設定する。具体的には、仮に空気ヒータ設置台数Ｎ２が３台で割合βが０．５であれば、空気ヒータ使用台数Ｎｂは２台となる。
【００７３】
本実施形態における弁Ｖ１〜Ｖ４の配置は、図１に図示したものに限定されない。具体的には、弁Ｖ１は空気クーラ４の空気入口４ａ側に設けてもよく、空気入口４ａ側と空気出口４ｂ側の両方に設けてもよい。弁Ｖ３は空気ヒータ８の空気出口８ｂ側に設けてもよく、空気入口８ａ側と空気出口８ｂ側の両方に設けてもよい。弁Ｖ３は空気クーラ４の熱媒出口４ｄ側に設けてもよく、熱媒入口４ｃと熱媒出口４ｄの両方に設けてもよい。弁Ｖ４は空気ヒータ８の熱媒出口８ｄ側に設けてもよく、熱媒入口８ｃ側と熱媒出口８ｄ側の両方に設けてもよい。
【００７４】
以下の第２から第６実施形態については、特に言及しない点は第１実施形態と同様である。また、これらの実施形態に関する図面では、第１実施形態と同一ないし同様の要素には、同一の符号を付している。
【００７５】
（第２実施形態）
図８に示す本発明の第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、高温熱媒タンク１１内の熱媒の温度を検出する温度センサ１５Ａ（第２温度検出部）と、低温熱媒タンク１２内の熱媒の温度を検出する温度センサ１５Ｂ（第１温度検出部）とを備える。
【００７６】
制御装置１４は、充電運転時の台数制御と熱媒ポンプ１３Ａの流量制御（図２のステップＳ２２及び図３のステップＳ３４）において、温度センサ１５Ａの検出温度を考慮する。具体的には、制御装置１４は、温度センサ１５Ａの検出温度が予め定められた設定温度以上となるように、熱交換に使用する空気クーラ４の台数と熱媒ポンプ１３Ａの流量を決定する。
【００７７】
また、制御装置１４は、発電運転時の台数制御と熱媒ポンプ１３Ｂの流量制御（図５のステップＳ５２及び図６のステップＳ６４）において、温度センサ１５Ｂの検出温度を考慮する。具体的には、制御装置１４は、温度センサ１５Ｂの検出温度が予め定められた設定温度以下となるように、熱交換に使用する空気ヒータ８の台数と熱媒ポンプ１３Ｂの流量を決定する。
【００７８】
（第３実施形態）
図９に示す本発明の第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、空気流路系２Ａにおける複数台の空気クーラ４の空気入口４ａ側と空気出口４ｂ側の差圧を検出する差圧センサ１６Ａ（第２差圧センサ）を備える。また、本実施形態に係るＣＡＥＳ装置１は、空気流路系２Ｂにおける複数台の空気ヒータ８の空気入口８ａ側と空気出口８ｂ側の差圧を検出する差圧センサ１６Ｂ（第１差圧センサ）を備える。
【００７９】
制御装置１４は、充電運転時の台数制御（図２のステップＳ２２及び図３のステップＳ３４）において、差圧センサ１６Ａによって検出された差圧を考慮する。具体的には、制御装置１４は、差圧センサ１６Ａによって検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、熱交換に使用する空気クーラ４の台数を決定する。
【００８０】
制御装置１４は、発電運転時の台数制御（図５のステップＳ５２及び図６のステップＳ６４）において、差圧センサ１６Ｂによって検出された差圧を考慮する。具体的には、制御装置１４は、差圧センサ１６Ｂによって検出された差圧が予め定められた圧損を超えないように、熱交換に使用する空気ヒータ８の台数を決定する。
【００８１】
（第４実施形態）
図１０は本発明の第４実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１を示す。本実施形態では、熱媒流路系３２の個々の複数の空気クーラ４の熱媒出口４ｄと接続された箇所に、弁Ｖ３が設けられている。
【００８２】
本実施形態における熱媒流路系３Ａは、個々の複数台の空気クーラ４の熱媒出口４ｄと、低温熱媒タンク１２とを流体的には接続する熱媒戻り流路４１を備える。熱媒戻り流路４１は、個々の空気クーラ４の熱媒出口４ｄと弁Ｖ３との間で熱媒流路系３２から分岐する部分を有し、個々のこれらの部分には弁Ｖ５が設けられている。弁Ｖ５は制御装置１４により開閉制御可能である。また、熱媒戻り流路４１は、弁Ｖ４と低温熱媒タンク１２との間の位置で、熱媒流路系３３に合流している。
【００８３】
本実施形態おける熱媒流路系３Ｂは、個々の複数台の空気ヒータ８の熱媒出口８ｄと、高温熱媒タンク１１とを流体的には接続する熱媒戻り流路４２を備える。熱媒戻り流路４２は、個々の空気ヒータ８の熱媒出口４ｄと弁Ｖ４との間で熱媒流路系３３から分岐する部分を有し、個々のこれらの部分には弁Ｖ６が設けられている。弁Ｖ６は制御装置１４により開閉制御可能である。また、熱媒戻り流路４２は、弁Ｖ３と高温熱媒タンク１１との間の位置で、熱媒流路系３２に合流している。
【００８４】
図１１を併せて参照すると、部分負荷充電運転時に熱交換に使用する空気クーラ４については、弁Ｖ１，Ｖ３が開弁され、弁Ｖ５が閉弁される。一方、部分負荷充電運転時に熱交換に使用しない空気クーラ４については、弁Ｖ１，Ｖ３が閉弁され、弁Ｖ５が開弁される。かかる弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の開閉設定により、部分負荷充電時には、熱交換に使用しない空気クーラ４と低温熱媒タンク１２との間に、熱媒戻り流路４１を含む熱媒の循環経路が形成される。
【００８５】
第１実施形態では、部分負荷充電時に熱交換に使用しない空気クーラ４には熱媒が流入しないため、熱交換に使用しない空気クーラ４は外気温度との差によって放熱し、内部の熱媒と熱交壁面温度が下がる。この状態で運転状態に復帰する場合は熱媒の低温化、粘度増加によって流動性悪化による偏流を起こしてしまい、所定の空気及び熱媒温度が得られない状態となる。この状態を解消するためには時には数十分の時間を要するため、その暖機時間の間は十分な充電性能が得られずエネルギー効率の低下が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、熱交換に使用しない空気クーラ４にも熱媒を流し続けることで、温度低下を防ぐことができる。
【００８６】
熱交換に使用しない空気クーラ４から流出する熱媒は、ほとんど加熱されていないので、熱交換に使用する空気クーラ４から流出する熱媒と混合すると、高温熱媒タンク１１の熱媒温度が目標値から低温側に逸脱することになる。本実施形態では、熱交換に使用しない空気クーラ４から流出する熱媒を高温熱媒タンク１１ではなく低温熱媒タンク１２、つまり熱交換に使用する空気クーラ４とは異なるタンクに戻すので、低温熱媒タンク１２の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、高温熱媒タンク１１の熱媒温度が目標値から低温側に逸脱するのを防止できる。
【００８７】
図１２を併せて参照すると、部分負荷発電運転時に熱交換に使用する空気ヒータ８については、弁Ｖ２，Ｖ４が開弁され、弁Ｖ６が閉弁される。一方、部分負荷発電運転時に熱交換に使用しない空気ヒータ８については、弁Ｖ２，Ｖ４が閉弁され、弁Ｖ６が開弁される。かかる弁Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６の開閉設定により、部分負荷発電時には、熱交換に使用しない空気ヒータ８と高温熱媒タンク１１との間に、熱媒戻り流路４２を含む熱媒の循環経路が形成される。
【００８８】
第１実施形態では、部分負荷発電時に熱交換に使用しない空気ヒータ８には熱媒が流入しないため、熱交換に使用しない空気ヒータ８は外気温度との差によって放熱し、内部の熱媒と熱交壁面温度が下がる。この状態で運転状態に復帰する場合は熱媒の低温化、粘度増加によって流動性悪化による偏流を起こしてしまい、所定の空気及び熱媒温度が得られない状態となる。この状態を解消するためには時には数十分の時間を要するため、その暖機時間の間は十分な充電性能が得られずエネルギー効率の低下が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、熱交換に使用しない空気ヒータ８にも熱媒を流し続けることで、温度低下を防ぐことができる。
【００８９】
熱交換に使用しない空気ヒータ８から流出する熱媒は、ほとんど冷却されていないので、熱交換に使用する空気ヒータ８から流出する熱媒と混合すると、低温熱媒タンク１２の熱媒温度が目標値から高温側に逸脱することになる。本実施形態では、熱交換に使用しない空気ヒータ８から流出する熱媒を低温熱媒タンク１２ではなく高温熱媒タンク１１、つまり熱交換に使用する空気ヒータ８とは異なるタンクに戻すので、高温熱媒タンク１１の熱媒貯蔵量の減少を抑制しつつ、低温熱媒タンク１２の熱媒温度が目標値から高温側に逸脱するのを防止できる。
【００９０】
（第５実施形態）
図１３に示す本発明の第５実施形態に係るＣＡＥＳ装置１は、高温熱媒タンク１１内の熱媒温度を検出する温度センサ１５Ａと、低温熱媒タンク１２内の熱媒温度を検出する温度センサ１５Ｂを備える点が、第４実施形態と異なる。
【００９１】
第２実施形態と同様に、充電運転時の空気クーラ４の台数制御では温度センサ１５Ａの検出温度も考慮され、発電運転時の空気ヒータ８の台数制御では温度センサ１５Ｂの検出温度も考慮される。
【００９２】
（第６実施形態）
図１４に示す本発明の第６実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、差圧センサ１６Ａ，１６Ｂを備える点が、第４実施形態と異なる。差圧センサ１６Ａは、空気流路系２Ａにおける複数台の空気クーラ４の空気入口４ａ側と空気出口４ｂ側の差圧を検出する。差圧センサ１６Ｂは、空気流路系２Ｂにおける複数台の空気ヒータ８の空気入口８ａ側と空気出口８ｂ側の差圧を検出する。
【００９３】
第３実施形態と同様に、充電運転時の空気クーラ４の台数制御では差圧センサ１６Ａによって検出された差圧も考慮され、発電運転時の空気ヒータ８の台数制御では差圧センサ１６Ｂによって検出された差圧も考慮される。
【符号の説明】
【００９４】
１  圧縮空気貯蔵発電装置
２  空気流路系
２Ａ  空気流路系（第２空気流路系）
２Ｂ  空気流路系（第１空気流路系）
３  熱媒流路系
３Ａ  熱媒流路系（第２熱媒流路系）
３Ｂ  熱媒流路系（第１熱媒流路系）
４  空気クーラ（第１熱交換器）
４ａ  空気入口
４ｂ  空気出口
４ｃ  熱媒入口
４ｄ  熱媒出口
５  蓄圧タンク（蓄圧部）
６  電動機
７  膨張機
７ａ  給気口
７ｂ  排気口
８  空気ヒータ（第２熱交換器）
８ａ  空気入口
８ｂ  空気出口
８ｃ  熱媒入口
８ｄ  熱媒出口
９  発電機
１０  圧縮機
１０ａ  吸込口
１０ｂ  吐出口
１１  高温熱媒タンク（高温蓄熱部）
１２  低温熱媒タンク（低温蓄熱部）
１３Ａ  熱媒ポンプ（第２熱媒ポンプ）
１３Ｂ  熱媒ポンプ（第１熱媒ポンプ）
１４  制御装置
１５Ａ  温度センサ（第２温度検出分）
１５Ｂ  温度センサ（第１温度検出部）
１６Ａ  差圧センサ（第２差圧検出分）
１６Ｂ  差圧センサ（第差圧検出部）
２１，２２，２３，２４  空気流路
３１，３２，３３，３４  熱媒流路
４１，４２  熱媒戻り流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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