(57)【要約】【課題】偏在する余剰エネルギーを、時空を超えて効果的に利用できる偏在余剰エネルギーの利用方法を得る。【解決手段】偏在する余剰エネルギーを有効に利用する偏在余剰エネルギー利用方法であって、余剰電力を用いて空気を圧縮する工程と、圧縮空気を余剰冷熱により冷却する工程と、冷却された空気を減圧することにより液化空気を製造する工程を備え、前記余剰電力と前記余剰冷熱を液化空気という形態にて貯蔵することを特徴とする偏在余剰エネルギー利用方法。【選択図】  図１
2009270756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏在する余剰エネルギーを有効に利用する偏在余剰エネルギー利用方法であって、
余剰電力を用いて空気を圧縮する工程と、圧縮空気を余剰冷熱により冷却する工程と、冷却された空気を減圧することにより液化空気を製造する工程を備え、前記余剰電力と前記余剰冷熱を液化空気という形態にて貯蔵することを特徴とする偏在余剰エネルギー利用方法。
【請求項２】
液化空気をエネルギー利用地に輸送する輸送工程と、前記エネルギー利用地において液化空気を気化する工程と、気化された空気の有する冷熱及び圧力を利用してエネルギー回収する工程とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の偏在余剰エネルギーの利用方法。
【請求項３】
余剰電力は夜間電力であり、余剰冷熱は寒冷地の雪の有する冷熱またはＬＮＧの気化熱であることを特徴とする請求項１または２に記載の偏在余剰エネルギーの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏在する余剰エネルギーを有効に利用する偏在余剰エネルギーの利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部においては、特に夏季の昼間の電力使用量が著しく増大している。他方、夜間の電力は余剰傾向にある。また、寒冷地においては、冬期に降る雪が余剰冷熱として存在する。
このように、電力や冷熱などのエネルギーは、それらが必要とされる時期や場所と、それらが供給可能な時期や場所とが一致していない。つまり、エネルギーが場所と時期によって偏在している。そのため、エネルギー需要のピークに合わせた設備が必要になったり、エネルギーが有効に利用されなかったりと言った無駄が生ずることになる。
このような無駄をなくすには、偏在して余剰となっているエネルギーを貯蔵して必要な場所に輸送して必要な時期に利用できるようにする必要がある。
【０００３】
このような偏在するエネルギーを貯蔵して有効利用する方法として種々のものが提案されている。
例えば、深夜電力等の余剰電力の貯蔵技術としては揚水式発電所などが提案されている。
しかしながら、揚水発電所を利用するとしても、その適地が限られるし、利用できる余剰エネルギーが深夜電力であることからその効果はあまり高いとはいえない。
【０００４】
また、冷熱として存在する寒冷地の雪などの冷熱利用に関し、冬期に雪を効率的に貯雪し、夏期まで保存し、この未利用エネルギーを夏期の冷熱需要に充当することにより、年間を通したエネルギーの平準化を図るとともにエネルギーコストの増大を抑制することを目的として以下に示すものが提案されている。
冬期に、地下空間に設けられた蓄熱槽内に雪を蓄え、夏期に、前記蓄熱槽内の融雪水を冷熱源として取り出す雪利用の冷熱蓄熱方法において、前記蓄熱槽内の蓄雪は、該蓄熱槽内に含水比の高い雪を投入する工程と、含水比の高い雪上に雪を投入して、上載荷重をかけて雪の密度を増大する工程とで構成されていることを特徴とする雪利用の冷熱蓄熱方法（特許文献１の請求項１参照）
【０００５】
また、雪を利用した冷熱蓄熱方法の他の例として、雪の密度が水や氷に比べて小さいために大きなスペースが必要なことや、搬送に不便であることに鑑みて以下の提案もなされている。
雪と水とを導入して雪氷とし、該雪氷を粒状に形成する造粒部と、前記粒状に形成された雪氷を浸して粒氷にする不凍液を貯留する製氷槽とを備える製氷機（特許文献２の請求項１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３０７９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に開示された技術においては、寒冷地の雪の冷熱を利用するという考えが開示されている。
そして、特許文献１においては雪を雪の形態で貯留することを前提として、その密度を高くすることによって蓄熱量の増大を図ろうとするものである。
また、特許文献２においては、さらに蓄熱量の増大を図るために、雪よりも熱密度の高い氷にすることで、熱密度を高めようとするものである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のものは雪をそのまま貯留するものであり、熱密度が低く貯留効率が低く、また輸送にも好適であるとは言えない。
また、特許文献２のものでは、雪の冷熱を利用して氷を製造することで熱密度を高くしているが、それでも固液間の潜熱利用であるため熱密度は高いとは言えず、貯留効率が低く、輸送にも好適とは言いがたい。
【０００８】
さらに、特許文献１、２のものは、寒冷地に存在する雪の冷熱利用に限定されており、他方、前述の揚水式発電所の例は深夜電力の利用に限定されており、雪の冷熱と夜間電力のような別の形態の偏在エネルギーを合わせて利用するものではなく、広く偏在するエネルギーを利用することはできない。
このように、従来提案されているものは、深夜電力の利用か、雪の冷熱の利用かのいずれかに関するものである点、雪の冷熱を利用するものにおいては、その熱密度が低く、輸送等に不便である点から、広く存在する偏在エネルギーを時空を超えて効果的に利用することができるとは言いがたいものであった。
【０００９】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、偏在する余剰エネルギーを時空を超えて効果的に利用できる偏在余剰エネルギーの利用方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
余剰エネルギーの代表的なものとして深夜電力などの余剰電力や、寒冷地の雪やＬＮＧの気化熱のような余剰冷熱がある。発明者はこれらの形態の異なる２つの余剰エネルギーの両方を利用して一つの形態として貯蔵することにより、より効率的な偏在エネルギーの利用を実現できると考えた。
そして、貯蔵したエネルギーを有効に利用するには輸送が容易であること、熱密度が高いこと、さらには利用が容易であることが必要である。発明者は、このような点を考慮した結果、余剰電力と余剰冷熱を液化空気として貯蔵することにより、これらの要件を満たすとの知見を得て、本発明を完成したものである。
【００１１】
（１）本発明の偏在余剰エネルギー利用方法は、偏在する余剰エネルギーを有効に利用する偏在余剰エネルギー利用方法であって、余剰電力を用いて空気を圧縮する工程と、圧縮空気を余剰冷熱により冷却する工程と、冷却された空気を減圧することにより液化空気を製造する工程を備え、前記余剰電力と前記余剰冷熱を液化空気という形態にて貯蔵することを特徴とするものである。
【００１２】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、液化空気をエネルギー利用地に輸送する輸送工程と、前記エネルギー利用地において液化空気を気化する工程と、気化された空気の有する冷熱及び圧力を利用してエネルギー回収する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（１）または（２）に記載のものにおいて、余剰電力は夜間電力であり、余剰冷熱は寒冷地の雪の有する冷熱またはＬＮＧの気化熱であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、余剰電力と余剰冷熱を液化空気という形態にて貯蔵するようにしたので、効率的なエネルギーの貯蔵ができると共に輸送が容易となり、偏在する余剰エネルギーを時空を超えて効果的に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態に係る余剰エネルギーの利用方法の概要を説明する説明図である。
本実施の形態にかかる余剰エネルギーの利用方法は、余剰エネルギーである深夜電力と雪の冷熱を液化空気としてエネルギー貯蔵するエネルギー貯蔵工程Ａと、液化空気を利用地まで輸送するエネルギー輸送工程Ｂと、利用地においてエネルギー回収するエネルギー回収工程Ｃとを備えている。
【００１６】
エネルギー貯蔵工程Ａは、深夜電力を用いて空気を圧縮する圧縮工程と、圧縮空気を余剰冷熱により冷却する冷却工程と、冷却された空気を減圧することにより液化空気を製造する減圧工程とを有しており、製造された液化空気は液化空気貯蔵タンクに貯蔵される。
エネルギー輸送工程Ｂにおける液化空気の輸送手段としては、図１に示すローリー車が挙げられるが貨車などの他の手段であってもよい。
エネルギー回収工程Ｃは、液化空気を加温・気化することにより冷熱として回収し、さらに気化空気によりタービン発電することにより電力として回収する。
【００１７】
図２は、エネルギー貯蔵工程Ａにおいて用いる液化空気製造装置の説明図である。本実施の形態における液化空気製造装置は、深夜電力等の余剰電力を利用して駆動する空気圧縮機１と、圧縮された空気を雪によって冷却する冷却装置３と、冷却装置３によって冷却された空気と後述する膨張弁５によって膨張した低温空気との熱交換を行なう熱交換器７と、熱交換器７を通過した空気を断熱膨張させる膨張弁５と、膨張弁５によって断熱膨張することで液化した液化空気と液化していない空気を分離する分離器９とを備えている。分離器９によって分離された液化空気は図示しない液化空気貯蔵タンクに貯蔵される。
【００１８】
上記のように構成された液化空気製造装置においては、深夜電力等の余剰電力によって空気圧縮機１を駆動して圧縮空気を製造する。製造された圧縮空気は冷却装置３において雪によって冷却される。冷却装置３における冷却に雪を利用することで、寒冷地の冬期において自然界に存在する余剰冷熱を有効利用できる。
冷却装置３によって冷却された圧縮空気は、膨張弁５を通過した低温空気と熱交換器７によって熱交換することでさらに冷却される。さらに冷却された空気は膨張弁５によって断熱膨張するとジュールトムソン効果によって温度がさらに低下してその一部が液化する。液化した空気は分離器９によって分離され、液化空気貯蔵タンクにて貯留され、液化しなかった低温の空気は熱交換器７に導入されて圧縮空気の冷却に利用される。熱交換器７によって熱交換に利用された空気は空気圧縮機１の吸込み口に導かれて空気圧縮機１に導入される。以上の工程を繰り返すことにより液化空気を製造する。
【００１９】
図３は液化空気の利用地においてエネルギー回収するエネルギー回収工程Ｃにおいて使用するエネルギー回収装置の一例の説明図である。
エネルギー回収装置は、図３に示すように、液化空気を貯留する液化空気タンク１１と、液化空気タンク１１内の液化空気を送り出すポンプ１３と、ポンプ１３によって送り出された液化空気を気化する気化器１５と、気化器１５によって気化された低温空気の冷熱を利用する冷房装置等の冷熱利用設備１７と、気化器１５によって気化された低温空気によって駆動する膨張タービン１９と膨張タービン１９によって駆動する発電機２１とを備えている。
【００２０】
上記のように構成されたエネルギー回収装置においては、気化器１５によって液化空気を気化することで冷熱を冷熱利用設備１７によって利用し、また気化された空気によって膨張タービン１９を駆動して発電機２１により発電することで電力を回収する。
【００２１】
以上のように本実施の形態によれば、例えば冬期寒冷地の、深夜の冷熱・電力を液化空気として蓄え、これを輸送して、夏季、都会において電力ピーク時に冷熱および電力として回収することができる。
また、本実施の形態に係るシステムにおいては、余剰エネルギーを−194℃の液化空気として貯蔵するものであり、従来例に示されたような氷を利用するシステムに比べて熱密度が高く貯蔵効率や輸送効率に優れ、しかも空気はどこにでもあり、どこでも容易に大気放出可能であるため無公害で環境負荷が少ない。
【００２２】
なお、上記の実施の形態においては余剰冷熱として寒冷地の雪の冷熱を例に挙げたが、余剰冷熱の例としては例えばＬＮＧ（液化天然ガス）の気化熱なども利用することができる。
また、液化空気にはＮ２、ＣＯ２、Ｏ２などが含まれるが、これらは必要によって分離して利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る偏在余剰エネルギー利用方法の説明図である。
【図２】図１に示した偏在余剰エネルギー利用方法においてエネルギー貯蔵する際に使用する装置の説明図である。
【図３】図１に示した偏在余剰エネルギー利用方法においてエネルギー回収する際に使用する装置の説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  空気圧縮機
３  冷却装置
５  膨張弁
７  熱交換器
９  分離器
１１  液化空気タンク
１３  ポンプ
１５  気化器
１７  冷熱利用設備
１９  膨張タービン
２１  発電機
【図１】
2009270756.tif 000003
【図２】
2009270756.tif 000004
【図３】
2009270756.tif 000005