(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変動する入力電力により第１圧縮機を駆動して、空気を圧縮する第１空気圧縮工程と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気を第１蓄圧タンクに貯蔵する第１空気貯蔵工程と、
第１蓄圧タンクから圧縮空気を第１膨張機に供給する第１空気供給工程と、
前記第１膨張機により第１発電機を駆動して発電する第１発電工程と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気と熱媒とを第１熱交換器で熱交換し、熱媒を加熱する第１熱交換工程と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を熱媒タンクに貯蔵する熱媒貯蔵工程と、
前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気と前記熱媒タンクから供給される熱媒とを第２熱交換器で熱交換し、圧縮空気を加熱する第２熱交換工程と、
前記第１空気貯蔵工程中に、前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、前記第１空気圧縮工程によって前記第１圧縮機により圧縮された空気を前記第１蓄圧タンクに貯蔵することなく外部に放出する放気工程とを備え、
前記放気工程において、前記第１空気圧縮工程によって前記第１圧縮機により圧縮された空気は、前記第１熱交換器で熱媒と熱交換して熱媒を加熱した後、外部に放出されることを特徴とする圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項２】
変動する入力電力により第１圧縮機を駆動して、空気を圧縮する第１空気圧縮工程と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気を第１蓄圧タンクに貯蔵する第１空気貯蔵工程と、
第１蓄圧タンクから圧縮空気を第１膨張機に供給する第１空気供給工程と、
前記第１膨張機により第１発電機を駆動して発電する第１発電工程と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気と熱媒とを第１熱交換器で熱交換し、熱媒を加熱する第１熱交換工程と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を熱媒タンクに貯蔵する熱媒貯蔵工程と、
前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気と前記熱媒タンクから供給される熱媒とを第２熱交換器で熱交換し、圧縮空気を加熱する第２熱交換工程と、
前記第１空気貯蔵工程中に、前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、前記第１空気圧縮工程によって前記第１圧縮機により圧縮された空気を前記第１蓄圧タンクに貯蔵しながら外部に放出する放気工程とを備え、
前記放気工程において、前記第１空気圧縮工程によって前記第１圧縮機により圧縮された空気は、前記第１熱交換器で熱媒と熱交換して熱媒を加熱した後、外部に放出されることを特徴とする圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項３】
前記放気工程において、前記第１熱交換器で加熱された熱媒は、予め定められた温度以上の温度になった後、前記熱媒タンクに貯蔵される、請求項１又は２に記載の圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項４】
前記放気工程において、前記第１圧縮機により圧縮された空気は、大気に放出される、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項５】
前記放気工程中に前記第１圧縮機により圧縮された空気を、第２圧縮機によって、前記第１圧縮機の吐出圧よりも高圧になるように圧縮する第２空気圧縮工程と、
前記第２圧縮機により圧縮された空気を第２蓄圧タンクに貯蔵する第２空気貯蔵工程と、
前記第２蓄圧タンクから圧縮空気を第２膨張機に供給する第２空気供給工程と、
前記第２膨張機により第２発電機を駆動して、需要先へ供給する電力を発電する第２発電工程と
をさらに備える、請求項１から４までのいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項６】
前記第１圧縮機は、前記第２膨張機で前記第２発電機を駆動して発電した電力で駆動される、請求項５に記載の圧縮空気貯蔵発電方法。
【請求項７】
変動する入力電力により駆動され、空気を圧縮する第１圧縮機と、
前記第１圧縮機と流体的に接続され、前記第１圧縮機により圧縮された空気を貯蔵するための第１蓄圧タンクと、
前記第１蓄圧タンクと流体的に接続され、前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気によって駆動される第１膨張機と、
前記第１膨張機と機械的に接続されて発電する第１発電機と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気と熱媒とで熱交換し、熱媒を加熱するための第１熱交換器と、
前記第１熱交換器により加熱された熱媒を貯蔵するための熱媒タンクと、
前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気と前記熱媒タンクから供給される熱媒とで熱交換し、圧縮空気を加熱するための第２熱交換器と、
前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量を検知する検知器と、
前記第１蓄圧タンクの上流側に接続され、前記第１圧縮機により圧縮されかつ前記第１熱交換器で熱媒と熱交換して熱媒を加熱した後の空気を外部に放出するための放気弁と、
前記第１圧縮機により圧縮された空気を前記第１蓄圧タンクに貯蔵している間に前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたと判定したとき、前記放気弁を開にして、前記第１圧縮機により圧縮された圧縮空気を前記第１蓄圧タンクに貯蔵することなく外部に放出するよう制御する制御装置と
を備える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、圧縮空気貯蔵発電方法および圧縮空気貯蔵発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や太陽熱発電などの太陽エネルギーを利用した発電においては、当日の日照状況に影響されて、その発電出力が大きく変動する。例えば、夜間には発電できないし、雨天や曇天の日には発電出力が大きく減少する。また、夜明けから日暮れまでの日照状況や、晴れのち曇りといった日照状況の場合、発電出力が一日のうちで大きく変動する。
【０００３】
また、風車を用いた風力発電においては、当日の風向や風力の変化によって、その発電出力が大きく変動する。複数の風車をまとめたウインドファームのような発電設備においては、各風車の発電出力を加算することで、短周期の発電変動は平滑化することができるが、全体としてみてもその発電出力の変動は避けることができない。
【０００４】
このような変動する不安定な発電出力を平滑化又は平準化する技術としては、余剰発電電力が生じた際に電気を蓄えておき電力不足時に電気を補う蓄電池がその代表的なものである。蓄電池の例として、ＮａＳ電池、レドックスフロー電池、Ｌｉ蓄電池、Ｐｂ蓄電池などの化学的電池が知られている。これらの化学的電池は、いずれも電池容量を超えて電力を吸収することができない。また、これらの化学的電池は、電池容量の１００％まで蓄電すると急速に劣化するため、電池容量の８０〜９０％を上限値として抑える制御をしているものもある。太陽光や風力などの再生可能エネルギーの出力は、ある程度は予測できるけれども、自然現象に依っているために、予測を超えた出力の発生を避けることができない。このような場合、蓄電池が平滑化機能を喪失することになり、系統に電力を供給できない場合は、系統から太陽光発電設備や風力発電設備が切り離されることになる。
【０００５】
現時点では、蓄電池が平滑化のための設備としてもっとも一般的である。しかし、その他の平滑化の設備として、余剰発電電力が生じた際に、電気の代わりに圧縮機から吐出される圧縮空気を蓄えておき、必要なときに空気タービン発電機等で圧縮空気を電気に再変換する圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）と呼ばれる技術が知られている。
【０００６】
このＣＡＥＳの技術を利用した代表的な従来技術が特許文献１から特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９７７３７号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１２４１０号公報
【特許文献３】特表２０１３−５３６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、いずれの従来技術においても、オフピーク時における不要電力（再生可能エネルギーによる発電電力のように大きな変動はしない）を用いて、地下洞窟等の大型の貯蔵空間に圧縮空気を貯蔵することを前提にするものである。従って、太陽光や風力等の再生可能エネルギーを用いた発電のように、変動する電力を平滑化することを目的とするものではない。
【０００９】
さらに、いずれの従来技術においても、貯蔵空間の貯蔵容量まで圧縮空気を貯蔵することについて開示がない。ましてや貯蔵空間の貯蔵容量まで圧縮空気を貯蔵した後でも変動する電力を平滑化することについては全く開示されていない。
【００１０】
本発明は、貯蔵空間の貯蔵容量まで圧縮空気を貯蔵した後でも、変動する電力を効率的に平滑化できる圧縮空気貯蔵発電方法および圧縮空気貯蔵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、変動する入力電力により第１圧縮機を駆動して、空気を圧縮する第１空気圧縮工程と、前記第１圧縮機により圧縮された空気を第１蓄圧タンクに貯蔵する第１空気貯蔵工程と、第１蓄圧タンクから圧縮空気を第１膨張機に供給する第１空気供給工程と、前記第１膨張機により第１発電機を駆動して発電する第１発電工程と、前記第１圧縮機により圧縮された空気と熱媒とを第１熱交換器で熱交換し、熱媒を加熱する第１熱交換工程と、前記第１熱交換器で加熱された熱媒を熱媒タンクに貯蔵する熱媒貯蔵工程と、前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気と前記熱媒タンクから供給される熱媒とを第２熱交換器で熱交換し、圧縮空気を加熱する第２熱交換工程と、前記第１空気貯蔵工程中に、前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、前記第１圧縮機により圧縮された空気を前記第１蓄圧タンクに貯蔵することなく外部に放出する放気工程とを備えることを特徴とする圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。
【００１２】
この構成により、第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、第１圧縮機により圧縮された空気は、第１蓄圧タンクに貯蔵されずに、外部に放出される。このため、例えば第１蓄圧タンクの貯蔵容量まで圧縮空気を第１蓄圧タンクに貯蔵した後でも、変動する電力を効率的に平滑化できる。
【００１３】
ここで、「予め定められた量」については、第１蓄圧タンクの最大の貯蔵容量とすることができる。第１蓄圧タンクは、化学的電池とは異なり、最大の貯蔵容量の８０％〜９０％を超えても劣化することがないからである。ただし、少し余裕をみて、「予め定められた量」を第１蓄圧タンクの最大の貯蔵容量の９０〜１００％程度の値としてもよい。また、熱媒タンクにおける熱媒の貯蔵量などに基づいて、「予め定められた量」を変化させてもよい。なお、第１蓄圧タンクの最大の貯蔵容量に対する、第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量（そのときの貯蔵容量）の割合を貯蔵率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）とする。第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量である貯蔵容量は、直接的または間接的に示すことができ、ＳＯＣは、第１蓄圧タンク内に対する圧縮空気の入出流量に基づいて算出してもよく、または第１蓄圧タンク内の圧力に基づいて算出してもよい。また、ＳＯＣは、安定して発電可能な第１蓄圧タンクにおける最小の貯蔵容量を０％として定め、第１蓄圧タンクにおける最大の貯蔵容量を１００％として定めることができる。さらにまた、ＳＯＣは、安定して発電可能な第１蓄圧タンクにおける最小の圧力の状態を０％として定め、第１蓄圧タンクにおける最大許容圧力の状態を１００％として定めてもよい。
【００１４】
また、「外部に放出する」については、第１圧縮機により圧縮された空気を大気に放出する場合や、別の圧縮機に導入する場合も含む。
【００１５】
前記放気工程において、前記第１圧縮機により圧縮された空気は、前記第１熱交換器で熱媒と熱交換して熱媒を加熱した後、外部に放出されるが好ましい。
【００１６】
これにより、第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたときでも、熱媒タンクに貯蔵する熱量を増加することができるので、エネルギーの一部を有効に貯蔵することができる。ただし、熱媒タンクに貯蔵されている熱媒の量が、熱媒タンクの貯蔵容量まで余裕があることが条件となる。
【００１７】
前記放気工程において、前記第１熱交換器で加熱された熱媒は、予め定められた温度以上の温度になった後、前記熱媒タンクに貯蔵されることが好ましい。
【００１８】
これにより、熱媒タンクに貯蔵する熱媒の温度を予め定められた温度以上の温度にして、第２熱交換器で圧縮空気を加熱することにより、第１膨張機によって発電する際の発電出力を増大することができる。ここで、第１膨張機および熱媒が耐える範囲内で圧縮空気の温度を高くした方が、圧縮空気の流量当たりの発電出力を大きくすることができる。
【００１９】
前記放気工程において、前記第１圧縮機により圧縮された空気は、大気に放出されることが好ましい。
【００２０】
これにより、前記第１圧縮機により圧縮された空気を、例えば別途タンクに貯蔵する場合に比べ、低コストで、かつ、簡単に外部に放出できる。
【００２１】
前記放気工程中に前記第１圧縮機により圧縮された空気を、第２圧縮機によって、前記第１圧縮機の吐出圧よりも高圧になるように圧縮する第２空気圧縮工程と、前記第２圧縮機により圧縮された空気を第２蓄圧タンクに貯蔵する第２空気貯蔵工程と、前記第２蓄圧タンクから圧縮空気を第２膨張機に供給する第２空気供給工程と、前記第２膨張機により第２発電機を駆動して、需要先へ供給する電力を発電する第２発電工程とをさらに備えることが好ましい。
【００２２】
これにより、前記第１圧縮機により圧縮された空気を、第２圧縮機によって、前記第１圧縮機の吐出圧よりも高圧になるように圧縮して、第２蓄圧タンクに貯蔵するので、本来無効になる電力を圧縮空気としてエネルギーを貯蔵することができる。また、高圧で貯蔵するとタンク容量を小型化することができるので、貯蔵タンクのスペースの増加を抑えることができる。さらに、第２蓄圧タンクからの圧縮空気を用いて、第２膨張機により第２発電機を駆動して、需要先へ供給する電力を発電するので、本来発電することができなくなる状況下でも発電できる。このため、一般に、高圧で貯蔵した圧縮空気で発電する場合、その充放電効率は低下することになるが、少なくとも放電効率を向上できる。
【００２３】
前記第１圧縮機は、前記第２膨張機で前記第２発電機を駆動して発電した電力で駆動されることが好ましい。
【００２４】
これにより、前記第２発電機を駆動して発電した電力によって第１圧縮機を駆動できるので、電力系統から買電する電力量を減少させることができる。
【００２５】
また、本発明は、変動する入力電力により駆動され、空気を圧縮する第１圧縮機と、前記第１圧縮機と流体的に接続され、前記第１圧縮機により圧縮された空気を貯蔵するための第１蓄圧タンクと、前記第１蓄圧タンクと流体的に接続され、前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気によって駆動される第１膨張機と、前記第１膨張機と機械的に接続されて発電する第１発電機と、前記第１圧縮機により圧縮された空気と熱媒とで熱交換し、熱媒を加熱するための第１熱交換器と、前記第１熱交換器により加熱された熱媒を貯蔵するための熱媒タンクと、前記第１蓄圧タンクから供給される圧縮空気と前記熱媒タンクから供給される熱媒とで熱交換し、圧縮空気を加熱するための第２熱交換器と、前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量を検知する検知器と、前記第１蓄圧タンクの上流側に接続され、前記第１圧縮機により圧縮された空気を外部に放出するための放気弁と、前記第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたと判定したとき、前記放気弁を開にして、圧縮空気を外部に放出するよう制御する制御装置とを備える圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
【００２６】
この構成により、第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、第１圧縮機により圧縮された空気は、第１蓄圧タンクに貯蔵されずに、外部に放出される。このため、吸収すべき電力が変動する再生可能エネルギーの平滑化に圧縮空気貯蔵発電装置を用いるに際して、例えば第１蓄圧タンクの貯蔵容量まで圧縮空気を第１蓄圧タンクに貯蔵した後でも、変動する電力を効率的に平滑化できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気の量が予め定められた量を超えたとき、第１圧縮機により圧縮された空気は、外部に放出されることで、第１蓄圧タンクの貯蔵容量まで圧縮空気を第１蓄圧タンクに貯蔵した後でも、変動する電力を効率的に平滑化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置の概略構成図。
【図２】電力とＳＯＣとの時間変化の一例を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置の模式図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置２の概略構成図を示している。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、再生可能エネルギーを利用して発電する場合に、需要先である電力系統４への出力変動を平滑化するとともに、電力系統４における需要電力の変動に合わせた電力を出力する。ＣＡＥＳ発電装置２は、風力発電所又は太陽光発電所などの再生可能エネルギーによる発電所６から、トランス等で構成される受送電設備８を介して供給された電力を平滑化し、需要先の電力系統４に電力を出力する。
【００３１】
図１を参照して、ＣＡＥＳ発電装置２の構成を説明する。
【００３２】
ＣＡＥＳ発電装置２は、空気経路と熱媒経路を備える。空気経路には、主に圧縮機１０と、蓄圧タンク１２（第１蓄圧タンク）と、膨張機１４とが設けられており、これらが空気配管１６により流体的に接続され、その内部には空気が流れている（図１の破線参照）。熱媒経路には、主に第１熱交換器１８と、熱媒タンク２０と、第２熱交換器２２とが設けられており、これらが熱媒配管２４により流体的に接続され、その内部には熱媒が流れている（図１の実線参照）。
【００３３】
まず、図１を参照して空気経路について説明する。空気経路では、吸気フィルタ２６を通じて吸い込まれた空気は、圧縮機１０（第１圧縮機）で圧縮され＜第１空気圧縮工程＞、蓄圧タンク１２に貯蔵される＜第１空気貯蔵工程＞。蓄圧タンク１２に貯蔵された圧縮空気は膨張機１４（第１膨張機）に供給され、発電機２８（第１発電機）の発電に使用される。
【００３４】
圧縮機１０は、二軸スクリュ式であり、モータ（電動機）３０を備える。モータ３０は、圧縮機１０に機械的に接続されている。発電所６で発電された電力（入力電力）はコンバータ３２及びインバータ３４を介してモータ３０に供給され、この電力によりモータ３０が駆動され、圧縮機１０が作動する。圧縮機１０の吐出口１０ｂは、空気配管１６を通じて蓄圧タンク１２に流体的に接続されている。圧縮機１０は、モータ３０により駆動されると、吸込口１０ａより空気を吸引し、圧縮して吐出口１０ｂより吐出し、蓄圧タンク１２に圧縮空気を圧送する。圧縮機１０は、本実施形態ではスクリュ式であるが、ターボ式やスクロール式であってもよい。また、本実施形態では圧縮機１０の数は１台であるが、並列に複数台を設置してもよい。
【００３５】
蓄圧タンク１２は、圧縮機１０から圧送された圧縮空気を貯蔵する。従って、蓄圧タンク１２には、圧縮空気としてエネルギーを蓄積できる。蓄圧タンク１２は、空気配管１６を通じて、膨張機１４に流体的に接続されている。従って、蓄圧タンク１２で貯蔵された圧縮空気は、膨張機１４に供給される。蓄圧タンク１２は貯蔵する電力量によって、その圧縮空気の貯蔵圧力と貯蔵容量が定められる。ただし、一般的に大容量になるので、外気と断熱するのがコストの観点から困難である。従って、その圧縮空気の貯蔵温度は、大気放出による熱損失を避けるため大気温度と同程度、又は少し高めか低めに設定されている。
【００３６】
蓄圧タンク１２には圧力センサ１３（検知器）が設置されている。この圧力センサ１３によって、蓄圧タンク１２内の圧縮空気の圧力Ｐｔを測定できる。この圧力Ｐｔに基づいて、蓄圧タンク１２の貯蔵率（ＳＯＣ）を算出できる。このとき、安定して発電可能な蓄圧タンク１２における最小の貯蔵容量を０％として定め、蓄圧タンク１２における最大の貯蔵容量を１００％として定めることができる。これにより、安定して発電可能な蓄圧タンク１２内の圧縮空気の残量（貯蔵容量）を容易に確認することができる。
【００３７】
なお、蓄圧タンク１２の上流側の空気配管１６および下流側の空気配管１６に流量計をそれぞれ設けて蓄圧タンク１２に貯蔵されている圧縮空気の量を求め、そこからＳＯＣを算出してもよい。すなわち、この流量計により蓄圧タンク１２内に入る圧縮空気の量と蓄圧タンク１２内から出る圧縮空気の量をそれぞれ測定すると共にそれぞれ積算して、この入側と出側の積算値の差に基づいて蓄圧タンク１２に貯蔵されている圧縮空気の量を求め、その圧縮空気の量と蓄圧タンク１２の最大貯蔵容量からＳＯＣを算出してもよい。この場合も、安定して発電可能な蓄圧タンク１２内の圧縮空気の残量（貯蔵容量）を容易に確認することができる。
【００３８】
蓄圧タンク１２の上流側の空気配管１６には、分岐配管１７の一端が接続され、この分岐配管１７と空気配管１６とは連通している。分岐配管１７の他端は、大気に開口している。分岐配管１７は、蓄圧タンク１２の近傍に位置している。分岐配管１７には、放気弁６１が設けられている。蓄圧タンク１２の上流側であって、分岐配管１７が接続されている部分よりも下流側の空気配管１６には、蓄圧タンク入口弁６２が設けられている。また、蓄圧タンク１２の下流側の空気配管１６には、蓄圧タンク出口弁６３が設けられている。蓄圧タンク出口弁６３は、蓄圧タンク１２の近傍に位置している。
【００３９】
膨張機１４も、二軸スクリュ式であり、発電機２８を備える。発電機２８は膨張機１４と機械的に接続されている。吸込口１４ａから圧縮空気を供給された膨張機１４は、供給された圧縮空気により作動し、発電機２８を駆動する＜第１空気供給工程、第１発電工程＞。発電機２８は外部の電力系統４に電気的に接続されており（図１の一点鎖線参照）、発電した電力はコンバータ３６及びインバータ３８を介して需要先の電力系統４に供給される。また、膨張機１４で膨張された空気は、吐出口１４ｂから外部に排気サイレンサ４０を介して排出される。膨張機１４は、本実施形態ではスクリュ式であるが、ターボ式やスクロール式であってもよい。また、本実施形態では膨張機１４の数は１台であるが、並列に複数台を設置してもよい。
【００４０】
次に、図１を参照して熱媒経路について説明する。熱媒経路では、第１熱交換器１８において圧縮機１０で発生した熱を熱媒に回収している＜第１熱交換工程＞。そして、熱回収した熱媒を熱媒タンク２０に貯蔵し＜熱媒貯蔵工程＞、第２熱交換器２２において膨張機１４で膨張する前の圧縮空気に熱を戻している＜第２熱交換工程＞。第２熱交換器２２において熱交換して降温した熱媒は熱媒戻りタンク４２に供給される。そして、熱媒戻りタンク４２から第１熱交換器１８に再び熱媒が供給され、このように熱媒は循環している。ここで、熱媒の種類は特に限定されておらず、例えば鉱物油やグリコール系の熱媒を使用でき、その使用温度は１５０℃から２４０℃程度である。
【００４１】
第１熱交換器１８は、圧縮機１０と蓄圧タンク１２との間の空気配管１６に設けられている。従って、この空気配管１６内の圧縮空気と、熱媒配管２４内の熱媒との間で熱交換し、圧縮機１０による圧縮で発生した圧縮熱を熱媒に回収している。即ち、第１熱交換器１８では、圧縮空気の温度は低下し、熱媒の温度は上昇する。ここで昇温した熱媒は、熱媒配管２４を通じて熱媒タンク２０に供給される。
【００４２】
第１熱交換器１８から熱媒タンク２０までの熱媒配管２４には、第１熱交換器１８で熱交換して昇温した熱媒の温度を測定するための温度センサ４４ａ及び熱媒を流動させるための第１ポンプ４６が設けられている。第１ポンプ４６の種類は限定されず、熱媒を流動させる限りどのような形式であってもよい。また、第１ポンプ４６の配置は、第１熱交換器１８の下流側ではなく上流側であってもよい。第１ポンプ４６は、後述の制御装置４８ａにより駆動され、第１熱交換器１８で熱交換する熱媒の流量を調整する。第１ポンプ４６により熱媒流量を調整する他、図示しない流量一定のポンプと流量調整弁を使用して流量を調整してもよい。
【００４３】
第１ポンプ４６によって熱媒タンク２０に貯蔵される熱媒を所定の設定蓄熱温度に維持することで、ＣＡＥＳ発電装置２の充放電効率を高く維持できる。具体的な充放電効率低下要因として、圧縮機１０の電力吸収量が変化した場合、圧縮機１０から吐出される圧縮空気の熱量が変化する。例えば、吐出圧力と吐出温度を一定にし、圧縮機１０の電力吸収量を増加させた場合は、吐出される圧縮空気の流量が増大する。従って、第１熱交換器１８で熱交換する熱媒の流量を一定とした場合、熱媒タンク２０に流入する熱媒温度が上昇する。この場合、設定蓄熱温度より高い温度となって、充放電効率が低下する。一方、圧縮機１０の電力吸収量を減少させる場合、熱媒温度が設定蓄熱温度より下がり、この場合も充放電効率が低下する。これを防止するため、第１ポンプ４６を制御し、熱媒流量を調整することで充放電効率を高く維持する。
【００４４】
熱媒タンク２０は、大気と断熱された断熱材で周囲が覆われた鋼製タンクである。熱媒タンク２０には、第１熱交換器１８で昇温した熱媒が貯蔵される。熱媒タンク２０には、残量センサ５０ａが設置され、貯蔵されている熱媒量Ｖｔを検出できる。例えば、残量センサ５０ａは液面センサであってもよい。また、熱媒タンク２０に残量センサを直接設置せず、熱媒配管内の熱媒流量を検出する流量センサを設け、その積算値から熱媒タンク２０内の熱媒量を決定してもよい。熱媒タンク２０には、温度センサ４４ｂがさらに設けられており、熱媒タンク２０内の熱媒の温度を測定できる。熱媒タンク２０に貯蔵された熱媒は、熱媒配管２４を通じて第２熱交換器２２に供給される。
【００４５】
熱媒タンク２０から第２熱交換器２２までの熱媒配管２４には、熱媒を流動させるための第２ポンプ５２が設けられている。第２ポンプ５２の種類は限定されず、どのような形式であってもよい。また、第２ポンプ５２の配置は、第２熱交換器２２の上流側ではなく下流側であってもよい。第２ポンプ５２は、後述の制御装置４８ｂにより駆動され、第２熱交換器２２で熱交換する熱媒の流量を調整する。第２ポンプ５２により熱媒流量を調整する他、流量一定のポンプと流量調整弁を使用して流量を調整してもよい。
【００４６】
第２熱交換器２２は、蓄圧タンク１２と膨張機１４との間の空気配管１６に設けられている。従って、蓄圧タンク１２から膨張機１４に供給される圧縮空気と、熱媒配管２４内の熱媒との間で熱交換し、膨張機１４による膨張の前に圧縮空気を加熱している。即ち、第２熱交換器２２では、圧縮空気の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。第２熱交換器２２から膨張機１４の吸込口１４ａに延びる空気配管には内部の圧縮空気の温度を測定するための温度センサ４４ｃが設けられている。また、第２熱交換器２２で降温した熱媒は、熱媒配管２４を通じて熱媒戻りタンク４２に供給される。
【００４７】
熱媒戻りタンク４２は、第２熱交換器２２で熱交換して降温した熱媒を貯蔵する。従って、熱媒戻りタンク４２内の熱媒は、通常、熱媒タンク２０内の熱媒よりも温度が低い。熱媒戻りタンク４２には、熱媒タンク２０と同様に残量センサ５０ｂ及び温度センサ４４ｄが設けられている。熱媒戻りタンク４２に貯蔵されている熱媒は、熱媒配管２４を通じて第１熱交換器１８に供給される。
【００４８】
熱媒戻りタンク４２から第１熱交換器１８に延びる熱媒配管２４には、熱媒冷却器５４が設けられている。本実施形態の熱媒冷却器５４は熱交換器であり、熱媒戻りタンク４２から第１熱交換器１８に延びる熱媒配管２４内の熱媒と、冷却水との間で熱交換して熱媒の温度を低下させている。
【００４９】
これにより、熱媒冷却器５４によって第１熱交換器１８に流入する熱媒の温度を所定の温度に維持できるので、第１熱交換器１８における熱交換を安定的に行うことができ、充放電効率を向上できる。
【００５０】
熱媒冷却器５４から第１熱交換器１８までの熱媒配管２４と熱媒タンク２０とを接続する、バイパス配管２９が設けられている。このバイパス配管２９には、バイパス開閉弁６５が設けられている。このバイパス開閉弁６５を開弁することで、熱媒タンク２０中の熱媒をバイパス配管２９を介して第１熱交換器１８に送ることができるようになっている。熱媒タンク２０の下流側であって、第２ポンプ５２の上流側の熱媒配管２４には、熱媒タンク出口弁６６が設けられている。
【００５１】
以上により、ＣＡＥＳ発電装置２の熱媒経路は構成されている。
【００５２】
また、ＣＡＥＳ発電装置２は、制御装置４８ａ，４８ｂを備える。制御装置４８ａ，４８ｂは、シーケンサー等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４８ａは、少なくともモータ３０と、第１ポンプ４６と、放気弁６１と、蓄圧タンク入口弁６２と、バイパス開閉弁６５と、熱媒タンク出口弁６６と、発電所６とに電気的に接続されている（図１の一点鎖線参照）。制御装置４８ｂは、少なくとも発電機２８と、第２ポンプ５２と、蓄圧タンク出口弁６３と、電力系統４とに電気的に接続されている（図１の一点鎖線参照）。従って、これらの動作は制御装置４８ａ，４８ｂによって制御されている。圧力センサ１３、温度センサ４４ａ〜４４ｄ、及び残量センサ５０ａ，５０ｂは、制御装置４８ａ，４８ｂに測定値を出力する。制御装置４８ａ，４８ｂは、これらの測定値に基づいてＣＡＥＳ発電装置２を制御できる。本実施形態では制御装置４８ａ，４８ｂは、圧縮に関する機能を制御する制御装置４８ａと、膨張に関する機能を制御する制御装置４８ｂとに分けて設けられているが、両機能を制御する１つの制御装置が設けられていてもよい。
【００５３】
制御装置４８ａ，４８ｂは、第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２について３種類の制御方法を行う。以下の３種類の制御方法についてはいずれを使用してもよい。
【００５４】
第１に、温度センサ４４ａ，４４ｃの測定値に基づいて、第１熱交換器１８から流出する熱媒温度Ｔｏｔ及び膨張機１４に供給される圧縮空気温度Ｔｅｓをそれぞれ一定にするように、第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２を制御する。
【００５５】
具体的には、制御装置４８ａは、温度センサ４４ａの測定した熱媒温度Ｔｏｔが設定蓄熱温度よりも高い場合、第１ポンプ４６の回転数を増加し、第１熱交換器１８に供給される熱媒流量を増加し、熱媒温度Ｔｏｔを低下させる。また、制御装置４８ｂは、温度センサ４４ｃの測定した圧縮空気温度Ｔｅｓが設定発電温度よりも高い場合、第２ポンプ５２の回転数を減少し、第２熱交換器２２に供給される熱媒流量を減少し、圧縮空気温度Ｔｅｓを低下させる。熱媒温度Ｔｏｔが設定蓄熱温度よりも低い場合、及び、圧縮空気温度Ｔｅｓが設定発電温度よりも低い場合、上記の逆の動作を行う。このように設定蓄熱温度及び設定発電温度を維持する。
【００５６】
設定蓄熱温度とは、第１熱交換器１８から流出する熱媒温度Ｔｏｔの目標温度であり、このときシステム全体の充放電効率を最大限高めることができる。また、設定発電温度とは、膨張機１４に供給される圧縮空気温度Ｔｅｓの目標温度であり、このときシステム全体の充放電効率を最大限高めることができる。
【００５７】
第２に、モータ３０及び発電機２８の回転数に基づいて、第１熱交換器１８から流出する熱媒温度Ｔｏｔ及び膨張機１４に供給される圧縮空気温度Ｔｅｓを一定にするように、第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２を制御する。
【００５８】
具体的には、モータ３０の回転数が所定の値よりも増加すると、圧縮機１０から吐出される圧縮空気量が増大し、第１熱交換器１８から流出する熱媒温度Ｔｏｔが上昇する。従って、制御装置４８ａは、第１ポンプ４６の回転数を増加し、第１熱交換器１８に供給される熱媒流量を増加し、熱媒温度Ｔｏｔを低下させる。また、発電機２８の回転数が所定の値よりも増加すると、膨張機１４で使用する圧縮空気量が増大し、膨張機１４に供給される圧縮空気温度Ｔｅｓが低下する。従って、制御装置４８ｂは、第２ポンプ５２の回転数を増加し、第２熱交換器２２に供給される熱媒流量を増加し、圧縮空気温度Ｔｅｓを上昇させる。モータ３０の回転数及び発電機２８の回転数が所定の値よりも減少した場合、上記の逆の動作を行う。このように設定蓄熱温度及び設定発電温度を維持する。この場合、モータ３０及び発電機２８の回転数から熱媒温度Ｔｏｔ及び圧縮空気温度Ｔｅｓを推定して第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２を制御するため、温度センサ４４ａ，４４ｃは不要である。ただし、温度センサ４４ａ，４４ｃを設置して、第１と第２の制御方法を併用してもよい。
【００５９】
第３に、吸収電力指令値Ｌｃ及び発電電力指令値Ｌｇに基づいて、第１熱交換器１８から流出する熱媒温度Ｔｏｔ及び膨張機１４に供給される圧縮空気温度Ｔｅｓを一定にするように、第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２を制御する。
【００６０】
吸収電力指令値Ｌｃは、モータ３０で駆動すべき電力量であり、発電所６からの要求充電量に基づいて決定される。発電電力指令値Ｌｇは、発電機２８で発電すべき電力量であり、需要先の電力系統４からの要求発電量（需用電力）に基づいて決定される。これらは、入力電力の予測値や、需要電力の予測値に基づいて定めてもよい。これらの予測値は、当日の天候・気象条件、過去の気象条件、及び需要電力の時間的変動などの統計的データに基づいて定めてもよい。また、系統接続点における電力変動を抑制するために、系統接続点における電圧、電流、周波数などの電力量の変化をベースに、その変化を打ち消すように定めてもよい。
【００６１】
具体的には、制御装置４８ａは、吸収電力指令値Ｌｃを受けて、圧縮機１０に対して回転数指令を発生させる。この回転数指令は、圧縮機１０の内部吐出圧力、吐出ポートにおける吐出圧力、吸込温度、吐出温度などによって演算できる。この演算に際しては、予め演算した変換テーブルを用いてもよいし、制御装置４８ａ内部で演算してもよい。制御装置４８ｂは、発電電力指令値Ｌｇを受けて、膨張機１４に対して回転数指令を発生させる。この回転数指令は、膨張機１４の内部吐出圧力、吐出ポートにおける吐出圧力、吸込温度、吐出温度などによって演算できる。この演算に際しては、予め演算した変換テーブルを用いてもよいし、制御装置４８ｂ内部で演算してもよい。これらの指令値Ｌｃ，Ｌｇに基づいてモータ３０及び発電機２８の回転数が決定され、これらの回転数に基づいて第１ポンプ４６及び第２ポンプ５２が第２の制御方法と同様に制御される。
【００６２】
また、制御装置４８ａ，４８ｂは、放気弁６１と、蓄圧タンク入口弁６２と、蓄圧タンク出口弁６３とについて次のような制御を行う。
【００６３】
圧縮機１０により圧縮された空気を蓄圧タンク１２に貯蔵する空気貯蔵工程において、制御装置４８ａ，４８ｂは、蓄圧タンク入口弁６２を開弁すると共に、蓄圧タンク出口弁６３を閉弁する。制御装置４８ａ，４８ｂは、圧力センサ１３の測定値、すなわち、蓄圧タンク１２内の圧縮空気の圧力Ｐｔに基づいて、蓄圧タンク１２のＳＯＣを算出する。制御装置４８ａ，４８ｂは、蓄圧タンク１２に貯蔵された圧縮空気の量が蓄圧タンク１２の貯蔵容量を超えているか否か、つまり、ＳＯＣが１００％であるか否か判定する。ＳＯＣが１００％であると判定したとき、制御装置４８ａ，４８ｂは、蓄圧タンク入口弁６２を閉弁すると共に、放気弁６１を開弁して、圧縮機１０により圧縮された空気を空気配管１６および分岐配管１７を介して大気に放出する＜放気工程＞。
【００６４】
なお、放気弁６１は、蓄圧タンク１２に直接取り付けてもよい。この場合は、蓄圧タンク１２の圧縮空気を放出しながら蓄圧することとなるが、電力系統の安定化には資することができる。また、蓄圧タンク１２内の圧縮空気の温度を上昇させることができるので、放電効率を高めることができる。
【００６５】
圧縮機１０により圧縮された空気が大気に放出される放気工程において、熱媒タンク２０に貯蔵できる熱容量に余裕がある場合、第１ポンプ４６を作動させる。これにより、前記圧縮された空気は、第１熱交換器１８で熱媒と熱交換して熱媒を加熱する。そして、蓄圧タンク１２に貯蔵された圧縮空気の量が蓄圧タンク１２の貯蔵容量を超えたときでも、熱媒タンク２０に貯蔵する熱量を増加することができるので、エネルギーの一部を有効に貯蔵できる。
【００６６】
熱媒の蓄熱温度が、予め定められた温度、すなわち、熱媒や膨張機１４の耐熱温度以下の場合は、第１ポンプ４６の循環量を低下させることで、熱媒の蓄熱温度を所定値より高く設定することができる。また、この場合は、バイパス開閉弁６５を開ける一方、熱媒タンク出口弁６６を閉めることで、バイパス配管２９を介して熱媒を循環させることで、熱媒タンク２０内の熱媒の温度を高くすることができる。
【００６７】
これにより、熱媒タンクに貯蔵する熱媒の温度を予め定められた温度以上の温度にして、第２熱交換器２２で圧縮空気を加熱することにより、膨張機１４によって発電する際の発電出力を増大することができる。
【００６８】
さらに、熱媒タンク２０内の熱媒をヒータ（図示せず）などで直接加熱してもよい。このヒータなどに供給する電力は、膨張機１４で発電された電力を使用してもよい。
【００６９】
一方、前記放気工程において、熱媒タンク２０に貯蔵できる熱容量に余裕がないとき、第１ポンプ４６を停止させる。これにより、前記圧縮された空気は、第１熱交換器１８で熱媒と熱交換することなく、空気配管１６および分岐配管１７を介して大気に放出される。この場合は、分岐配管１７を介して、高温の圧縮空気を直接大気に放出するのではなく、水中に放出してもよいし、冷却器（図示せず）を通過させた後に大気に放出してもよい。一般に、熱媒タンク２０は、蓄圧タンク１２より遥かに小型であるので、熱媒タンク２０に貯蔵できる蓄熱量と蓄圧タンク１２に貯蔵できる圧縮空気の容量とを釣り合わせる必要はなく、熱媒タンク２０に貯蔵できる熱容量を大きくとることができる。
【００７０】
図２は、充電指令と放電指令の一例を示している。横軸は時間、左側の縦軸は吸収電力指令値又は発電電力指令値を表す。プラス側が充電指令を示し、マイナス側が放電指令を示している。右側の縦軸はＳＯＣを表す。ＳＯＣは、蓄圧タンク１２の貯蔵容量に対する、蓄圧タンク１２に貯蔵された圧縮空気の量の割合である。
【００７１】
図１の実施例のようにスクリュ式圧縮機を用いた場合は、吸収すべき電力量と、スクリュ式圧縮機の回転数、吐出される圧縮空気量は、ほぼ比例して変化する。
【００７２】
図２のように充電指令が直線状に立ち上がった場合、ＳＯＣは下に凸の曲線を描いて増加する、また、充電指令が一定になった場合は、ＳＯＣは直線状に増加する。
【００７３】
ＳＯＣが蓄圧タンク１２の貯蔵容量と同じになったとき（ＳＯＣ＝１００％）が図２中のＡ点である。このＡ点から放気弁６１を開にして、放気弁６１を開にして、圧縮機１０により圧縮された空気を大気に放出する（放気工程）。充電指令から放電指令に切り替わった時点（図２中のＢ点）から、膨張機１４で発電を開始し、ＳＯＣは１００％から低下を始める。
【００７４】
その後、放電指令から充電指令に切り替わった時点（図２中のＣ点）から、放気弁６１を閉にして蓄圧タンク１２へ圧縮空気を貯蔵する。その後、再びＳＯＣ＝１００％になった時点（図２中のＤ点）から前記放気工程によって、圧縮空気を大気に放出する。
【００７５】
もし、図２中のＡ点〜Ｂ点間で、熱媒タンク２０に貯蔵できる熱容量に余裕がある場合は、熱媒タンク２０への熱媒の貯蔵は継続する。また、このとき、熱媒タンク２０に貯蔵する熱媒の温度を上げることもできる。
【００７６】
上記構成によれば、蓄圧タンク１２に貯蔵された圧縮空気の量が蓄圧タンク１２の貯蔵容量を超えたとき、圧縮機１０により圧縮された空気は、蓄圧タンク１２に貯蔵されずに、大気に放出される。このため、蓄圧タンク１２の貯蔵容量まで圧縮空気を貯蔵した後でも、効率的に平滑化ができる。
【００７７】
なお、制御装置４８ａ，４８ｂが、放気弁６１等を制御していたが、これに限られない。例えば、放気弁を手動で制御してもよい。
【００７８】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の模式図を示している。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、Ｎ個の第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎと、第２蓄圧タンク７７と、第２圧縮機８０と、第２膨張機８４と、第２発電機８５とをさらに備えている。第２実施形態のその他の構成は、図１の第１実施形態の構成と実質的に同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については説明を省略する。
【００７９】
図３に示すように、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎと第２蓄圧タンク７７とは、空気配管１６に対して並列に接続されている。第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎは、市販されている標準のタンクを使用することで、大きなタンクを一つ設けるより安価に構成することができる。第２蓄圧タンク７７は、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎよりも高圧の圧縮空気を貯蔵できるようになっている。
【００８０】
第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎの上流側の空気配管１６には、それぞれ第１蓄圧タンク入口弁７２Ａ〜７２Ｎが設けられている。また、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎの下流側の空気配管１６には、それぞれ第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎが設けられている。これら第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎの下流側の空気配管１６には、蓄圧タンク出口弁７４が設けられている。第２蓄圧タンク７７の上流側の空気配管１６には、第２蓄圧タンク入口弁７８が設けられている。第２蓄圧タンク７７の下流側の空気配管１６には、第２蓄圧タンク出口弁７９が設けられている。第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎと第２蓄圧タンク出口弁７９との間の空気配管１６には、減圧弁９３が設けられている。
【００８１】
第１蓄圧タンク入口弁７２Ａ〜７２Ｎは、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎに選択的に圧縮空気を貯蔵するための弁である。また、第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎは、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎから選択的に圧縮空気を供給するための弁である。減圧弁９３は、第２蓄圧タンク７７に蓄圧された圧縮空気を、第１蓄圧タンク７１Ａ〜７１Ｎの圧力まで低下させる弁である。
【００８２】
第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎには、それぞれ圧力センサ１３Ａ〜１３Ｎが設けられている。第２蓄圧タンク７７には、圧力センサ７６が設けられている。これらの圧力センサ１３Ａ〜１３Ｎ，７６によって、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎおよび第２蓄圧タンク７７内の圧縮空気の圧力を各々測定できる。
【００８３】
第２圧縮機８０は、第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎよりも下流側であって、第２蓄圧タンク７７よりも上流側に設けられている。第２圧縮機８０の上流側の空気配管１６には、第２圧縮機入口弁９１が設けられている。第２圧縮機８０は、圧縮機１０より高圧の圧縮空気を吐出できる圧縮機である。この実施形態の場合、レシプロ式の圧縮機を使用しているが、ターボ式やスクリュ式のものでもよい。圧縮機１０の吐出圧力を０．９８ＭＰａに設定した場合、第２圧縮機８０の吐出圧力は、４．５ＭＰａ〜２５ＭＰａ程度に設定できる。
【００８４】
第２蓄圧タンク７７の下流側の空気配管１６には、分岐配管１９の一端が接続され、分岐配管１９の他端は、第２膨張機８４の吸込口８４ａに接続されている。
【００８５】
第２膨張機８４の上流側の分岐配管１９には、第２膨張機入口弁９２が設けられている。第２膨張機８４は、スクリュ式であり、第２発電機８５を備える。第２発電機８５は第２膨張機８４と機械的に接続されている。第２蓄圧タンク７７に貯蔵された圧縮空気は、吸込口８４ａから圧縮空気を供給された第２膨張機８４は、供給された圧縮空気により作動し、第２発電機８５を駆動する。第２発電機８５は圧縮機１０および外部の電力系統４に電気的に接続されている。また、第２膨張機８４で膨張された空気は、吐出口８４ｂから外部に排気サイレンサ（図示せず）を介して排出される。第２膨張機８４は、本実施形態ではスクリュ式であるが、ターボ式やスクロール式であってもよい。
【００８６】
制御装置４８ａは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ａ〜７２Ｎと、第２蓄圧タンク入口弁７８と、第２圧縮機入口弁９１と、第２圧縮機８０とに電気的に接続されている（図３の一点鎖線参照）。制御装置４８ｂは、第２発電機８５と、第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎと、蓄圧タンク出口弁７４と、第２蓄圧タンク出口弁７９と、第２膨張機入口弁９２とに電気的に接続されている（図３の一点鎖線参照）。従って、これらの動作は制御装置４８ａ，４８ｂによって制御されている。圧力センサ１３Ａ〜１３Ｎ，７６は、制御装置４８ａ，４８ｂに測定値を出力する。制御装置４８ａ，４８ｂは、これらの測定値に基づいてＣＡＥＳ発電装置２を制御できる。
【００８７】
制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ａ〜７２Ｎ、第２蓄圧タンク入口弁７８、第２圧縮機入口弁９１、第２圧縮機８０、第２発電機８５、第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎ、蓄圧タンク出口弁７４、第２蓄圧タンク出口弁７９、第２膨張機入口弁９２について次の制御を実行する。
【００８８】
まず、圧縮機１０により圧縮された空気を第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎに貯蔵する空気貯蔵工程において、制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ａを開弁すると共に、第１蓄圧タンク出口弁７３Ａを閉弁する。また、制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ｂ〜７２Ｎと第２圧縮機入口弁９１を閉弁する。制御装置４８ａ，４８ｂは、圧力センサ１３Ａの測定値、すなわち、第１蓄圧タンク７１Ａ内の圧縮空気の圧力に基づいて、第１蓄圧タンク７１ＡのＳＯＣを算出する。制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク７１Ａに貯蔵された圧縮空気の量が第１蓄圧タンク７１Ａの貯蔵容量を超えているか否か、つまり、ＳＯＣが１００％であるか否か判定する。ＳＯＣが１００％であると判定したとき、制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ａを閉弁すると共に、第１蓄圧タンク入口弁７２Ｂを開弁する。これにより、圧縮機１０により圧縮された空気が第１蓄圧タンク７１Ｂに貯蔵される。
【００８９】
このようにして、前記空気貯蔵工程において、圧縮機１０により圧縮された空気を第１蓄圧タンク７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎに、ＳＯＣが１００％になるまで順次貯蔵していく。
【００９０】
第１蓄圧タンク７１ＮのＳＯＣが１００％になると、制御装置４８ａ，４８ｂは、第１蓄圧タンク入口弁７２Ｎを閉弁すると共に、第２蓄圧タンク入口弁７８および第２圧縮機入口弁９１を開弁し、第２圧縮機８０を駆動する。第２圧縮機８０により圧縮機１０の吐出圧よりも高圧になるように圧縮された空気は、第２蓄圧タンク７７に貯蔵される。第２圧縮機８０を駆動する動力は、商用系統から給電してもよいし、膨張機１４で発電された電力を使用してもよい。
【００９１】
第２蓄圧タンク７７のＳＯＣが１００％になると、制御装置４８ａ，４８ｂは、第２蓄圧タンク入口弁７８および第２圧縮機入口弁９１を閉弁すると共に、放気弁６１を開弁して、圧縮機１０により圧縮された空気を空気配管１６および分岐配管１７を介して大気に放出する。
【００９２】
第２膨張機８４を使用するとき、制御装置４８ｂは、第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎおよび蓄圧タンク出口弁７４を閉弁すると共に、第２蓄圧タンク出口弁７９および第２膨張機入口弁９２を開弁する。このとき、第２蓄圧タンク７７に蓄圧された圧縮空気は、空気配管１６と、分岐配管１９とを経由して第２膨張機８４に導入され、第２膨張機８４に直結された第２発電機８５により発電される。この発電した電力は電力系統に戻してもよいし、圧縮機１０（第１圧縮機）を駆動する動力として使用してもよい。
【００９３】
これにより、圧縮機１０により圧縮された空気を、第２圧縮機８０によって、圧縮機１０の吐出圧よりも高圧になるように圧縮して、第２蓄圧タンク７７に貯蔵するので、本来無効になる電力を圧縮空気としてエネルギーを貯蔵することができる。また、高圧で貯蔵するとタンク容量を小型化することができるので、貯蔵タンクのスペースの増加を抑えることができる。さらに、第２蓄圧タンク７７からの圧縮空気を用いて、第２膨張機８４により第２発電機８５を駆動して、需要先へ供給する電力を発電するので、本来発電することができなくなる状況下でも発電できる。このため、一般に、高圧で貯蔵した圧縮空気で発電する場合、その充放電効率は低下することになるが、何も設けないよりは少なくとも放電効率を向上できる。
【００９４】
なお、第２蓄圧タンク７７に蓄圧された圧縮空気を減圧弁９３で減圧して、膨張機１４で発電してもよい。
【００９５】
また、制御装置４８ａ，４８ｂが、第１蓄圧タンク入口弁７２Ａ〜７２Ｎや第１蓄圧タンク出口弁７３Ａ〜７３Ｎ等を制御していたが、これに限られない。例えば、第１蓄圧タンク入口弁や第１蓄圧出口弁等を手動で制御してもよい。
【００９６】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態のＣＡＥＳ発電装置２の模式図を示している。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、圧縮機１０、膨張機１４、及び熱媒タンク２０ａ，２０ｂが複数設置され、コンテナ５６ａ〜５６ｃに構成要素が収納されていることに関する部分以外の構成は図１の第１実施形態と実質的に同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については説明を省略する。また、図４は模式図のため、必ずしもＣＡＥＳ発電装置２の構成要素が全て図示されているわけではない。
【００９７】
図４を参照して、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、圧縮機１０を３台、及び膨張機１４を４台備える。３台の圧縮機１０は並列に流体的に接続され、４台の膨張機１４も並列に流体的に接続されている。入力電力や需用電力に応じて圧縮機１０及び膨張機１４の駆動台数を変更できるため、幅広く効率的な平滑化が可能である。
【００９８】
本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、高温熱媒タンク２０ａと、低温熱媒タンク２０ｂとを備え、第１熱交換器１８で熱交換した熱媒が温度別に貯蔵されている。従って、第２熱交換器２２において、必要に応じた熱媒温度で熱交換するため、放電効率を向上している。
【００９９】
本実施形態では、ＣＡＥＳ発電装置２のほとんどの構成要素は、コンテナ５６ａ〜５６ｃに収納されている。特に、圧縮機１０及び図示しない第１熱交換器１８等の圧縮機能に関するコンテナ５６ａと、膨張機１４及び図示しない第２熱交換器２２等の膨張機能に関するコンテナ５６ｂと、熱媒タンク２０ａ，２０ｂ等の蓄熱機能に関するコンテナ５６ｃとを分けて、３つのコンテナ５６ａ〜５６ｃが設置されている。このようにコンテナ５６ａ〜５６ｃに収納することにより、ＣＡＥＳ発電装置２の設置の際の工事費を大幅に抑えることができる。
【０１００】
また、図４の例では、充電側と放電側が各々５００ｋＷ程度の容量を持たせたものである。コンテナ５６ａ〜５６ｃで充放電ユニットを構成することで、運搬及び設置が容易となり、自由に設備容量を増減することもできる。例えば、これらの３つのコンテナ５６ａ〜５６ｃを１セットにして６セット設置すれば、全体として３ＭＷの設備を構成できる。
【０１０１】
また、蓄圧タンク１２とコンテナ５６ａとの間の空気配管１６から分岐する分岐配管１７に、放気弁６１を設け、分岐配管１７と蓄圧タンク１２との間の空気配管１６に蓄圧タンク入口弁６２を設けてもよい。
【０１０２】
このようなコンテナに設置する場合は、放気弁６１の開口にサイレンサ付きのダクト（図示せず）を設けてもよい。また、図４の例のように、第２圧縮機８０や第２膨張機８４を設ける際は、これらを高圧化ユニットとして、まとめて別のコンテナに収納してもよい。
【０１０３】
第１から第３実施形態を通じて、本発明の「変動する電力」は再生可能エネルギーに限定されることなく、工場設備の需要電力を平滑化したりピークカットをしたりするものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
２  圧縮空気貯蔵発電装置（ＣＡＥＳ発電装置）
４  電力系統
６  発電所
８  受送電設備
１０  圧縮機（第１圧縮機）
１０ａ  吸込口
１０ｂ  吐出口
１２  蓄圧タンク（第１蓄圧タンク）
１３  圧力センサ（検知器）
１４  膨張機（第１膨張機）
１４ａ  吸込口
１４ｂ  吐出口
１６  空気配管
１８  第１熱交換器
２０，２０ａ，２０ｂ  熱媒タンク
２２  第２熱交換器
２４  熱媒配管
２６  吸気フィルタ
２８  発電機（第１発電機）
３０  モータ（電動機）
３２，３６  コンバータ
３４，３８  インバータ
４０  排気サイレンサ
４２  熱媒戻りタンク
４４ａ  温度センサ
４４ｂ，４４ｄ  温度センサ
４４ｃ  温度センサ
４６  第１ポンプ
４８ａ，４８ｂ  制御装置
５０ａ，５０ｂ  残量センサ
５２  第２ポンプ
５４  熱媒冷却器
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ  コンテナ
６１  放気弁
７１Ａ，７１Ｂ，・・・，７１Ｎ  第１蓄圧タンク
７７  第２蓄圧タンク
８０  第２圧縮機
８４  第２膨張機
８５  第２発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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