CN110486166A - 压缩空气储能发电方法及压缩空气储能发电装置 - Google Patents

Abstract

提供一种压缩空气储能发电方法，前述压缩空气储能发电方法具备第1空气压缩工序、第1空气储存工序、第1空气供给工序、第1发电工序、第1热交换工序、热媒储存工序、第2热交换工序、排气工序。在前述排气工序中，在前述第1空气储存工序中被储存于蓄压罐(12)的压缩空气的量超过预先规定的量时，将被第1压缩机(10)压缩的空气不储存于蓄压罐(12)而是向外部排出。因此，即使在将压缩空气储存至储存空间的储存容量后，也能够使变动的电力高效率地平滑化。

Description

压缩空气储能发电方法及压缩空气储能发电装置

技术领域

本发明涉及压缩空气储能发电方法及压缩空气储能发电装置。

背景技术

在太阳光发电、太阳热发电等利用太阳能的发电中，受到当日的日照状况影响，其发电输出较大地变动。例如，在夜间无法发电，在雨天、阴天的日子发电输出大幅减少。此外，在从黎明至傍晚的日照状况、晴转多云这样的日照状况的情况下，发电输出在一天之中较大地变动。

此外，在使用风车的风力发电中，根据当日的风向、风力的变化，其发电输出较大地变动。在如汇集多个风车的风力发电厂那样的发电设备中，通过将各风车发电输出相加，能够使得短周期的发电变动平滑化，但作为整体来看其发电输出的变动也无法避免。

作为使这样的变动的不稳定的发电输出平滑化或均衡化的技术，其代表性的有在产生剩余发电电力时预先储存电气而在电力不足时补充电气的蓄电池。作为蓄电池的一例，已知有NaS电池、氧化还原液流电池、Li蓄电池、Pb蓄电池等化学性电池。这些化学性电池都不能超过电池容量来吸收电力。此外，这些化学性电池若蓄电至电池容量的100%则急速劣化，所以已知也有将电池容量的80~90%作为上限值来抑制的控制。太阳光、风力等可再生能量的输出能够某种程度地预测，但取决于自然现象，所以无法避免超过预测的输出的产生。在这样的情况下，蓄电池平滑化功能丧失，在不能对系统供电的情况下，太阳光发电设备、风力发电设备被从系统分离。

当前，蓄电池作为用于平滑化的设备是最普通的。但是，作为其他的平滑化的设备，已知有被称作压缩空气储能(CAES：compressed air energy storage)的技术，前述压缩空气储能(CAES：compressed air energy storage)的技术在产生剩余发电电力时，预先储存代替电气而被从压缩机排出的压缩空气，必要时借助空气涡轮发电机等将压缩空气再次转换电气。

利用该CAES的技术的代表性的现有技术被专利文献1至专利文献3公开。

专利文献1 : 日本特开2012-97737号公报。

专利文献2 : 日本特表2013-512410号公报。

专利文献3 : 日本特表2013-536357号公报。

但是，在哪个现有技术中，都是以使用在断电高峰（オフ峰）时的无用电力(不像基于可再生能量的发电电力那样较大地变动)，将压缩空气储存于地下洞窟等大型的储存空间为前提。因此，并不是以将使用太阳光、风力等可再生能量的发电那样地变动的电力平滑化为目的。

进而，在哪个现有技术中，都未公开将压缩空气储存于储存空间的储存容量。更何况关于在将压缩空气储存至储存空间的储存容量后也使变动的电力平滑化，更是完全未被公开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使在将压缩空气储存至储存空间的储存容量后也能够使变动的电力高效率地平滑化的压缩空气储能发电方法及压缩空气储能装置。

本发明提供一种压缩空气储能发电方法，其特征在于，具备第1空气压缩工序、第1空气储存工序、第1空气供给工序、第1发电工序、第1热交换工序、热媒储存工序、第2热交换工序、排气工序，在前述第1空气压缩工序中，借助变动的输入电力驱动第1压缩机，将空气压缩，在前述第1空气储存工序中，将被前述第1压缩机压缩的空气储存至第1蓄压罐，在前述第1空气供给工序中，将压缩空气从第1蓄压罐供给至第1膨胀机，在前述第1发电工序中，借助前述第1膨胀机驱动第1发电机来发电，在前述第1热交换工序中，将被前述第1压缩机压缩的空气和热媒借助第1热交换器进行热交换，将热媒加热，在前述热媒储存工序中，将被前述第1热交换器加热的热媒储存于热媒罐，在前述第2热交换工序中，将被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气和被从前述热媒罐供给的热媒借助第2热交换器进行热交换，将压缩空气加热，在前述排气工序中，在前述第1空气储存工序中被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，将被前述第1压缩机压缩的空气不储存于前述第1蓄压罐而是向外部排出。

根据该方案，在被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，被第1压缩机压缩的空气不被储存于第1蓄压罐，而被向外部排出。因此，例如即使将压缩空气储存至第1蓄压罐直至第1蓄压罐的储存容量后，也能够将变动的电力高效率地平滑化。

这里，关于“预先规定的量”，可以是第1蓄压罐的最大的储存容量。第1蓄压罐与化学性电池不同，因为即使超过最大的储存容量的80%~90%也不会劣化。但是，也可以是，为了具有稍许富余，将“预先规定的量”设为第1蓄压罐的最大的储存容量的90~100%的程度的值。此外，也可以是，基于热媒罐的热媒的储存量等，使“预先规定的量”变化。另外，将被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量(此时的储存容量)相对于第1蓄压罐的最大的储存容量的比例设为储存率(SOC：State Of Charge)。被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量即储存容量能够直接或间接地表示，SOC可以基于压缩空气相对于第1蓄压罐内的入出流量计算，或也可以基于第1蓄压罐内的压力计算。此外，SOC能够将能够稳定地发电的第1蓄压罐的最小的储存容量规定为0%，将第1蓄压罐的最大的储存容量规定为100%。进而，此外，SOC也可以将能够稳定地发电的第1蓄压罐的最小的压力的状态规定为0%，将第1蓄压罐的最大允许压力的状态规定为100%。

此外，关于“被向外部排出”，还包括将被第1压缩机压缩的空气向大气排出的情况、向其他压缩机导入的情况。

优选的是，在前述排气工序中，被前述第1压缩机压缩的空气借助前述第1热交换器与热媒进行热交换来加热热媒后，被向外部排出。

由此，即使在被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，也能够增加储存于热媒罐的热量，所以能够将能量的一部分有效地储存。但是，条件为，被储存于热媒罐的热媒的量为，至热媒罐的储存容量存在富余。

优选的是，在前述排气工序中，被前述第1热交换器加热的热媒为预先规定的温度以上的温度后，被储存于前述热媒罐。

由此，使被储存于热媒罐的热媒的温度为预先规定的温度以上的温度，用第2热交换器加热压缩空气，由此能够增大在借助第1膨胀机发电时的发电输出。这里，第1膨胀机及热媒在承受范围内使压缩空气的温度变高能够使压缩空气的流量的平均的发电输出变大。

优选的是，在前述排气工序中，被前述第1压缩机压缩的空气被向大气排出。

由此，能够将被前述第1压缩机压缩的空气例如与另外储存于罐的情况相比低成本且简单地向外部排出。

优选的是，还具备第2空气压缩工序、第2空气储存工序、第2空气供给工序、第2发电工序，在前述第2空气压缩工序中，将在前述排气工序中被前述第1压缩机压缩的空气借助第2压缩机，压缩成比前述第1压缩机的排出压高，在前述第2空气储存工序中，将被前述第2压缩机压缩的空气储存于第2蓄压罐，在前述第2空气供给工序中，将压缩空气从前述第2蓄压罐供给至第2膨胀机，在前述第2发电工序中，借助前述第2膨胀机驱动第2发电机，产生向供给目的地供给的电力。

由此，能够将被前述第1压缩机压缩的空气借助第2压缩机，压缩成比前述第1压缩机的排出压高，储存至第2蓄压罐，所以能够将本来无效的电力作为压缩空气来能量储存。此外，若以高压储存，则能够使罐容量小型化，所以能够抑制储存罐的空间的增加。进而，使用来自第2蓄压罐的压缩空气，借助第2膨胀机驱动第2发电机，产生向供给目的地供给的电力，所以即使在本来不能发电的状况下也能够发电。因此，一般地，在借助以高压储存的压缩空气发电的情况下，其充放电效率下降，但至少能够提高放电效率。

优选的是，前述第1压缩机被由前述第2膨胀机驱动前述第2发电机来产生的电力驱动。

由此，能够借助驱动前述第2发电机来产生的电力来驱动第1压缩机，所以能够使从电力系统购电的电量减少。

此外，本发明提供一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，具备第1压缩机、第1蓄压罐、第1膨胀机、第1发电机、第1热交换器、热媒罐、第2热交换器、检测器、排气阀、控制装置，前述第1压缩机被变动的输入电力驱动，将空气压缩，前述第1蓄压罐被与前述第1压缩机流体连接，用于储存被前述第1压缩机压缩的空气，前述第1膨胀机被与前述第1蓄压罐流体连接，被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气驱动，前述第1发电机被与前述第1膨胀机机械连接来发电，前述第1热交换器借助被前述第1压缩机压缩的空气和热媒进行热交换，用于将热媒加热，前述热媒罐用于储存被前述第1热交换器加热的热媒，前述第2热交换器借助被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气和被从前述热媒罐供给的热媒进行热交换，用于加热压缩空气，前述检测器检测被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量，前述排气阀被连接于前述第1蓄压罐的上游侧，用于将被前述第1压缩机压缩的空气向外部排出，前述控制装置在判定成被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，打开前述排气阀，将压缩空气向外部排出。

根据该方案，在被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，被第1压缩机压缩的空气不被储存至第1蓄压罐，而被向外部排出。因此，为了应该吸收的电力变动的可再生能量的平滑化而使用压缩空气储能发电装置时，例如能够在将压缩空气储存至第1蓄压罐至第1蓄压罐的储存容量后，也能够使变动的电力高效率地平滑化。

发明效果

根据本发明，在被储存于第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，被第1压缩机压缩的空气被向外部排出，由此能够在将压缩空气储存于第1蓄压罐至第1蓄压罐的储存容量后，也使变动的电力高效率地平滑化。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的压缩空气储能(CAES)发电装置的概略结构图。

图2是表示电力和SOC的时间变化的一例的图。

图3是表示本发明的第2实施方式的压缩空气储能(CAES)发电装置的示意图。

图4是表示本发明的第3实施方式的压缩空气储能(CAES)发电装置的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1表示压缩空气储能(CAES：compressed air energy storage)发电装置2的概略结构图。本实施方式的CAES发电装置2在利用可再生能量发电的情况下，使朝向作为供给目的地的电力系统4的输出变动平滑化，并且输出配合电力系统4的需要电力的变动的电力。CAES发电装置2从风力发电站或太阳光发电站等基于可再生能量的发电站6，使经由由变压器等构成的受送电设备8被供给的电力平滑化，向供给目的地的电力系统4输出电力。

参照图1说明CAES发电装置2的结构。

CAES发电装置2具备空气路径和热媒路径。在空气路径上主要设置有压缩机10、蓄压罐12(第1蓄压罐)、膨胀机14，这些借助空气配管16被流体连接，空气在其内部流动(参照图1的虚线)。在热媒路径上主要设置有第1热交换器18、热媒罐20、第2热交换器22，这些借助热媒配管24被流体连接，热媒在其内部流动(参照图1的实线)。

首先，参照图1对空气路径进行说明。在空气路径中，穿过吸气过滤器26被吸入的空气被压缩机10(第1压缩机)压缩＜第1空气压缩工序＞、被储存于蓄压罐12＜第1空气储存工序＞。被储存于蓄压罐12的压缩空气被供给于膨胀机14(第1膨胀机)，被用于发电机28(第1发电机)的发电。

压缩机10是双轴螺杆式的，具备马达(电动机)30。马达30被机械连接于压缩机10。在发电站6被产生的电力(输入电力)经由转换器32及逆变器34被供给至马达30，借助该电力驱动马达30，压缩机10工作。压缩机10的排出口10b穿过空气配管16被流体连接于蓄压罐12。压缩机10若被马达30驱动，则借助吸入口10a抽吸空气，压缩，借助排出口10b排出，将压缩空气压送至蓄压罐12。压缩机10在本实施方式中是螺杆式的，但也可以是涡轮式、涡旋式的。此外，在本实施方式中，压缩机10的数量为1台，但也可以并列地设置多台。

蓄压罐12将被从压缩机10压送的压缩空气储存。因此，在蓄压罐12上，能够将能量作为压缩空气蓄积。蓄压罐12穿过空气配管16被流体连接于膨胀机14。因此，被蓄压罐12储存的压缩空气被供给至膨胀机14。蓄压罐12根据储存的电量，确定其压缩空气的储存压力和储存容量。但是，一般为大容量，所以从成本的观点考虑难以与外气隔热。因此，为了避免由于向大气排出而引起的热损失，该压缩空气的储存温度被设定为与大气温度为相同程度，或者稍高或稍低。

在蓄压罐12上设置有压力传感器13(检测器)。借助该压力传感器13，能够测定蓄压罐12内的压缩空气的压力Pt。基于该压力Pt，能够计算蓄压罐12的储存率(SOC)。此时，能够将能够稳定地发电的蓄压罐12的最小的储存容量确定为0%，将蓄压罐12的最大的储存容量确定为100%。由此，能够容易地确认能够稳定地发电的蓄压罐12内的压缩空气的余量(储存容量)。

另外，也可以是，在蓄压罐12的上游侧的空气配管16及下游侧的空气配管16上分别设置流量计，求出被储存于蓄压罐12的压缩空气的量，由此计算SOC。即，也可以是，借助该流量计分别测定进入至蓄压罐12内的压缩空气的量和从蓄压罐12内出来的压缩空气的量，并且分别进行估算，基于该入侧和出侧的估算值的差，求出被储存于蓄压罐12的压缩空气的量，根据该压缩空气的量和蓄压罐12的最大储存容量计算SOC。该情况下，也能够容易地确认能够稳定地发电的蓄压罐12内的压缩空气的余量(储存容量)。

分岔配管17的一端被连接于蓄压罐12的上游侧的空气配管16，该分岔配管17和空气配管16连通。分岔配管17的另一端向大气开口。分岔配管17位于蓄压罐12的附近。在分岔配管17上设置有排气阀61。在蓄压罐12的上游侧且与连接有分岔配管17的部分相比靠下游侧的空气配管16上，设置有蓄压罐入口阀62。此外，在蓄压罐12的下游侧的空气配管16上设置有蓄压罐出口阀63。蓄压罐出口阀63位于蓄压罐12的附近。

膨胀机14也是双轴螺杆式的，具备发电机28。发电机28与膨胀机14机械连接。从吸入口14a供给压缩空气的膨胀机14借助被供给的压缩空气工作，驱动发电机28＜第1空气供给工序、第1发电工序＞。发电机28被电气连接于外部的电力系统4(参照图1的单点划线)，产生的电力经由转换器36及逆变器38被供给至供给目的地的电力系统4。此外，被膨胀机14膨胀的空气从排出口14b经由排气消声器40被向外部排出。膨胀机14在本实施方式中是螺杆式的，但也可以是涡轮式、涡旋式的。此外，在本实施方式中，膨胀机14的数量为1台，但也可以并列地设置多台。

接着，参照图1，对热媒路径进行说明。在热媒路径中，将在第1热交换器18处由压缩机10产生的热回收至热媒＜第1热交换工序＞。然后，将热回收的热媒储存于热媒罐20＜热媒储存工序＞，在第2热交换器22将热返回至由膨胀机14膨胀前的压缩空气＜第2热交换工序＞。在第2热交换器22中，进行热交换而降温的热媒被供给至热媒回流罐42。然后，从热媒回流罐42再次向第1热交换器18供给热媒，这样，热媒进行循环。这里，热媒的种类不被特别限定，能够使用例如矿物油、乙二醇系的热媒，其使用温度为150℃至240℃左右。

第1热交换器18被设置于压缩机10和蓄压罐12之间的空气配管16。因此，在该空气配管16内的压缩空气和热媒配管24内的热媒之间进行热交换，将由压缩机10的压缩产生的压缩热回收至热媒。即，在第1热交换器18中，压缩空气的温度下降，热媒的温度上升。这里，升温的热媒穿过热媒配管24被供给至热媒罐20。

在从第1热交换器18至热媒罐20的热媒配管24上，设置有用于测定由于第1热交换器18进行热交换而升温的热媒的温度的温度传感器44a及用于使热媒流动的第1泵46。第1泵46的种类不被限定，只要使热媒流动，可以是任何形式。此外，第1泵46的配置可以不在第1热交换器18的下游侧而在上游侧。第1泵46被后述的控制装置48a驱动，将由第1热交换器18进行热交换的热媒的流量调整。除了借助第1泵46调整热媒流量以外，也可以使用图中未示出的流量恒定的泵和流量调整阀来调整流量。

借助第1泵46将被储存于热媒罐20的热媒维持成既定的设定蓄热温度，由此能够将CAES发电装置2的充放电效率较高地维持。作为具体的充放电效率下降的要因，在压缩机10的电力吸收量变化的情况下，被从压缩机10排出的压缩空气的热量变化。例如，在使排出压力和排出温度恒定，使压缩机10的电力吸收量增加的情况下，被排出的压缩空气的流量增大。因此，在使由第1热交换器18进行热交换的热媒的流量恒定的情况下，流入热媒罐20的热媒温度上升。该情况下，呈比设定蓄热温度高的温度，充放电效率下降。另一方面，在使压缩机10的电力吸收量减少的情况下，热媒温度比设定蓄热温度低，该情况下充放电效率也下降。为了防止该情况，控制第1泵46，调整热媒流量，由此将充放电效率维持成较高。

热媒罐20是借助与大气隔热的隔热材料覆盖周围的钢制罐。在热媒罐20处储存被第1热交换器18升温的热媒。在热媒罐20上设置余量传感器50a，能够检测被储存的热媒量Vt。例如，余量传感器50a可以是液面传感器。此外，也可以不在热媒罐20上直接设置余量传感器，而是设置检测热媒配管内的热媒流量的流量传感器，根据其估算值确定热媒罐20内的热媒量。在热媒罐20上，还设置有温度传感器44b，能够测定热媒罐20内的热媒的温度。被储存于热媒罐20的热媒穿过热媒配管24被供给至第2热交换器22。

在从热媒罐20至第2热交换器22的热媒配管24上设置有用于使热媒流动的第2泵52。第2泵52的种类不被限定，可以是任何形式。此外，第2泵52的配置可以不在第2热交换器22的上游侧而在下游侧。第2泵52被后述的控制装置48b驱动，调整由第2热交换器22进行热交换的热媒的流量。除了借助第2泵52调整热媒流量以外，也可以使用流量恒定的泵和流量调整阀来调整流量。

第2热交换器22被设置于蓄压罐12和膨胀机14之间的空气配管16。因此，在被从蓄压罐12供给至膨胀机14的压缩空气和热媒配管24内的热媒之间进行热交换，在由膨胀机14产生的膨胀前将压缩空气加热。即，在第2热交换器22中，压缩空气的温度上升，热媒的温度下降。在从第2热交换器22延伸至膨胀机14的吸入口14a的空气配管上设置有用于测定内部的压缩空气的温度的温度传感器44c。此外，借助第2热交换器22降温的热媒穿过热媒配管24被供给至热媒回流罐42。

热媒回流罐42储存借助第2热交换器22进行热交换而降温的热媒。因此，热媒回流罐42内的热媒通常比热媒罐20内的热媒温度低。 在热媒回流罐42上与热媒罐20相同地设置有余量传感器50b及温度传感器44d。被储存至热媒回流罐42的热媒穿过热媒配管24被供给至第1热交换器18。

在从热媒回流罐42延伸至第1热交换器18的热媒配管24上设置有热媒冷却器54。本实施方式的热媒冷却器54是热交换器，在从热媒回流罐42延伸至第1热交换器18的热媒配管24内的热媒和冷却水之间进行热交换来使热媒的温度下降。

由此，能够借助热媒冷却器54将流入至第1热交换器18的热媒的温度维持成既定的温度，所以能够稳定地进行第1热交换器18的热交换，能够提高充放电效率。

设置有将从热媒冷却器54至第1热交换器18的热媒配管24与热媒罐20连接的旁路配管29。在该旁路配管29上设置有旁路开闭阀65。将该旁路开闭阀65开阀，由此能够经由旁路配管29将热媒罐20中的热媒送至第1热交换器18。 在热媒罐20的下游侧且第2泵52的上游侧的热媒配管24上设置有热媒罐出口阀66。

根据以上说明，构成CAES发电装置2的热媒路径。

此外，CAES发电装置2具备控制装置48a、48b。控制装置48a、48b由包括定序器等的硬件和被安装于其上的软件构成。控制装置48a至少被电气连接于马达30、第1泵46、排气阀61、蓄压罐入口阀62、旁路开闭阀65、热媒罐出口阀66、发电站6(参照图1的单点划线)。控制装置48b至少被电气连接于发电机28、第2泵52、蓄压罐出口阀63、电力系统4(参照图1的单点划线)。因此，这些动作被控制装置48a、48b控制。压力传感器13、温度传感器44a~44d、及余量传感器50a、50b对控制装置48a、48b输出测定值。控制装置48a、48b能够基于这些测定值控制CAES发电装置2。在本实施方式中，控制装置48a、48b被分开设置成控制关于压缩的功能的控制装置48a、控制关于膨胀的功能的控制装置48b，但也可以设置成控制两功能的一个控制装置。

控制装置48a、48b关于第1泵46及第2泵52进行三种控制方法。关于以下三种控制方法，可以使用任意一种。

第1，基于温度传感器44a、44c的测定值控制第1泵46及第2泵52，使得从第1热交换器18流出的热媒温度Tot及被供给于膨胀机14的压缩空气温度Tes分别恒定。

具体地，控制装置48a在温度传感器44a测定的热媒温度Tot高于设定蓄热温度的情况下，增加第1泵46的转速，增加被供给于第1热交换器18的热媒流量，使热媒温度Tot下降。此外，控制装置48b在温度传感器44c测定的压缩空气温度Tes比设定发电温度高的情况下，减少第2泵52的转速，减少被供给于第2热交换器22的热媒流量，使压缩空气温度Tes下降。在热媒温度Tot低于设定蓄热温度的情况下，及在压缩空气温度Tes低于设定发电温度的情况下，进行与上述相反的动作。这样维持设定蓄热温度及设定发电温度。

设定蓄热温度是从第1热交换器18流出的热媒温度Tot的目标温度，此时能够将系统整体的充放电效率最大限度地提高。此外，设定发电温度是被供给于膨胀机14的压缩空气温度Tes的目标温度，此时能够将系统整体的充放电效率最大限度地提高。

第2，基于马达30及发电机28的转速控制第1泵46及第2泵52，使得从第1热交换器18流出的热媒温度Tot及被供给至膨胀机14的压缩空气温度Tes恒定。

具体地，若马达30的转速与既定的值相比增加，则被从压缩机10排出的压缩空气量增大，从第1热交换器18流出的热媒温度Tot上升。因此，控制装置48a增加第1泵46的转速，增加被供给至第1热交换器18的热媒流量，使热媒温度Tot下降。此外，若发电机28的转速与既定的值相比增加，则由膨胀机14使用的压缩空气量增大，被供给至膨胀机14的压缩空气温度Tes下降。因此，控制装置48b增加第2泵52的转速，增加被供给至第2热交换器22的热媒流量，使压缩空气温度Tes上升。在马达30的转速及发电机28的转速与既定的值相比减少的情况下，进行与上述相反的动作。这样维持设定蓄热温度及设定发电温度。该情况下，根据马达30及发电机28的转速推定热媒温度Tot及压缩空气温度Tes来控制第1泵46及第2泵52，所以不需要温度传感器44a、44c。但是，也可以设置温度传感器44a、44c，将第1和第2控制方法组合使用。

第3，基于吸收电力指令值Lc及发电电力指令值Lg控制第1泵46及第2泵52，使得从第1热交换器18流出的热媒温度Tot及被供给至膨胀机14的压缩空气温度Tes恒定。

吸收电力指令值Lc是应该由马达30驱动的电量，基于来自发电站6的要求充电量确定。发电电力指令值Lg是应该由发电机28产生的电量，基于来自供给目的地的电力系统4的要求发电量(消耗电力)确定。这些也可以基于输入电力的预测值、需要电力的预测值来确定。这些预测值也可以基于当日的天气・气象条件、过去的气象条件、及需要电力的时间的变动等的统计数据来确定。此外，为了抑制系统连接点的电力变动，也可以以将系统连接点的电压、电流、频率等电量的变化作为基准来消除其变化的方式来确定。

具体地，控制装置48a接收吸收电力指令值Lc来对于压缩机10发出转速指令。该转速指令能够根据压缩机10的内部排出压力、排出端口的排出压力、吸入温度、排出温度等运算。在该运算时，可以使用预先运算的转换表，也可以在控制装置48a内部进行运算。控制装置48b接收发电电力指令值Lg，对于膨胀机14发出转速指令。该转速指令能够根据膨胀机14的内部排出压力、排出端口的排出压力、吸入温度、排出温度等进行运算。在该运算时，可以使用预先运算的转换表，也可以在控制装置48b内部进行运算。基于这些指令值Lc、Lg确定马达30及发电机28的转速，基于这些转速，第1泵46及第2泵52被与第2控制方法相同地控制。

此外，控制装置48a、48b对于排气阀61、蓄压罐入口阀62、蓄压罐出口阀63，进行如下所述那样的控制。

在将被压缩机10压缩的空气储存至蓄压罐12的空气储存工序中，控制装置48a、48b将蓄压罐入口阀62开阀，并且将蓄压罐出口阀63闭阀。控制装置48a、48b基于压力传感器13的测定值，即，基于蓄压罐12内的压缩空气的压力Pt，计算蓄压罐12的SOC。控制装置48a、48b判定被储存于蓄压罐12的压缩空气的量是否超过蓄压罐12的储存容量，即判定SOC是否是100%。在判定成SOC为100%时，控制装置48a、48b将蓄压罐入口阀62闭阀，并且将排气阀61开阀，将被压缩机10压缩的空气经由空气配管16及分岔配管17向大气排出＜排气工序＞。

另外，排气阀61也可以直接安装于蓄压罐12。该情况下，在将蓄压罐12的压缩空气排出的同时蓄压，但能够有助于电力系统的稳定化。此外，能够使蓄压罐12内的压缩空气的温度上升，所以能够提高放电效率。

在被压缩机10压缩的空气被向大气排出的排气工序中，在能够储存于热媒罐20的热容量上存在富余的情况下，使第1泵46工作。由此，前述被压缩的空气在第1热交换器18中与热媒进行热交换来加热热媒。并且，即使在被储存于蓄压罐12的压缩空气的量超过蓄压罐12的储存容量，也能够增加被储存于热媒罐20的热量，所以能够将能量的一部分有效地储存。

在热媒的蓄热温度比预先规定的温度，即，热媒、膨胀机14的耐热温度低的情况下，使第1泵46的循环量下降，由此能够将热媒的蓄热温度设定成比既定值高。此外，该情况下，打开旁路开闭阀65，另一方面，关闭热媒罐出口阀66，由此经由旁路配管29使热媒循环，由此能够提高热媒罐20内的热媒的温度。

由此，使储存于热媒罐的热媒的温度为预先规定的温度以上的温度，用第2热交换器22将压缩空气加热，由此能够增大借助膨胀机14发电时的发电输出。

进而，也可以将热媒罐20内的热媒用加热器(图中未示出)等直接加热。被供给于该加热器等的电力也可以使用由膨胀机14产生的电力。

另一方面，在前述排气工序中，在能够储存于热媒罐20的热容量上没有富余时，使第1泵46停止。由此，前述被压缩的空气不借助第1热交换器18与热媒热交换，而是经由空气配管16及分岔配管17被向大气排出。该情况下，可以经由分岔配管17，不将高温的压缩空气直接向大气排出，而是向水中排出，也可以使其通过冷却器(图中未示出)后向大气排出。一般地，热媒罐20是远小于蓄压罐12的小型的，所以不需要使能够储存与热媒罐20的蓄热量和能够储存于蓄压罐12的压缩空气的容量均衡，能够使能够储存于热媒罐20的热容量变大。

图2表示充电指令和放电指令的一例。横轴表示时间，左侧的纵轴表示吸收电力指令值或发电电力指令值。正侧表示充电指令，负侧表示放电指令。右侧的纵轴表示SOC。SOC是被储存于蓄压罐12的压缩空气的量相对于蓄压罐12的储存容量的比例。

在图1的实施例那样地使用螺杆式压缩机的情况下，应该吸收的电量、螺杆式压缩机的转速、被排出的压缩空气量大致按比例变化。

在图2那样地充电指令直线状立起的情况下，SOC以描绘向下凸的曲线的方式增加，此外，在充电指令恒定的情况下，SOC直线状地增加。

在SOC与蓄压罐12的储存容量相同时(SOC＝100%)为图2中的A点。从该A点起将排气阀61打开，将排气阀61打开，将被压缩机10压缩的空气向大气排出(排气工序)。从充电指令切换成放电指令的时刻(图2中的B点)起，借助膨胀机14开始发电，SOC从100%开始下降。

此后，从放电指令切换成充电指令的时刻(图2中的C点)起，关闭排气阀61，将压缩空气向蓄压罐12储存。此后，从再次成为SOC＝100%的时刻(图2中的D点)起通过前述排气工序将压缩空气向大气排出。

如果，在图2中的A点~B点间，在能够储存于热媒罐20的热容量上存在富余的情况下，继续向热媒罐20储存热媒。此外，此时，也能够将储存于热媒罐20的热媒的温度提高。

根据上述方案，在被储存于蓄压罐12的压缩空气的量超过蓄压罐12的储存容量时，被压缩机10压缩的空气不被储存于蓄压罐12，而是被向大气排出。因此，即使在将压缩空气储存至蓄压罐12的储存容量后也能够高效率地平滑化。

另外，控制装置48a、48b控制排气阀61等，但不限于此。例如，也可以以手动的方式控制排气阀。

(第2实施方式)

图3表示第2实施方式的CAES发电装置2的示意图。本实施方式的CAES发电装置2还具备N个第1蓄压罐71A、71B・・・71N、第2蓄压罐77、第2压缩机80、第2膨胀机84、第2发电机85。第2实施方式的其他结构与图1的第1实施方式的结构实质上相同。因此，对于与图1所示的结构相同的部分，省略说明。

如图3所示，第1蓄压罐71A、71B・・・71N和第2蓄压罐77被相对于空气配管16并列地连接。第1蓄压罐71A、71B・・・71N使用市售的标准的罐，由此能够与设置一个较大的罐相比廉价地构成。第2蓄压罐77与第1蓄压罐71A、71B・・・71N相比能够储存更高压的压缩空气。

在第1蓄压罐71A、71B・・・71N的上游侧的空气配管16上，分别设置有第1蓄压罐入口阀72A~72N。此外，在第1蓄压罐71A、71B・・・71N的下游侧的空气配管16上，分别设置有第1蓄压罐出口阀73A~73N。在这些第1蓄压罐出口阀73A~73N的下游侧的空气配管16上设置有蓄压罐出口阀74。在第2蓄压罐77的上游侧的空气配管16上设置有第2蓄压罐入口阀78。在第2蓄压罐77的下游侧的空气配管16上设置有第2蓄压罐出口阀79。在第1蓄压罐出口阀73A~73N和第2蓄压罐出口阀79之间的空气配管16上设置有减压阀93。

第1蓄压罐入口阀72A~72N是用于将压缩空气选择性地储存至第1蓄压罐71A、71B・・・71N的阀。此外，第1蓄压罐出口阀73A~73N是用于从第1蓄压罐71A、71B・・・71N选择性地供给压缩空气的阀。减压阀93是使被蓄压至第2蓄压罐77的压缩空气下降至第1蓄压罐71A~71N的压力的阀。

在第1蓄压罐71A、71B・・・71N上分别设置有压力传感器13A~13N。在第2蓄压罐77上设置有压力传感器76。借助这些压力传感器13A~13N、76，能够分别测定第1蓄压罐71A、71B・・・71N及第2蓄压罐77内的压缩空气的压力。

第2压缩机80被设置于比第1蓄压罐71A、71B・・・71N靠下游侧且比第2蓄压罐77靠上游侧的位置。在第2压缩机80的上游侧的空气配管16上设置有第2压缩机入口阀91。第2压缩机80是能够从压缩机10排出高压的压缩空气的压缩机。在该实施方式的情况下，使用往复式的压缩机，但也可以是涡轮式、螺杆式的。在将压缩机10的排出压力设定为0.98MPa的情况下，第2压缩机80的排出压力能够设定为4.5MPa~25Mpa的程度。

分岔配管19的一端被连接于第2蓄压罐77的下游侧的空气配管16，分岔配管19的另一端被连接于第2膨胀机84的吸入口84a。

在第2膨胀机84的上游侧的分岔配管19上设置有第2膨胀机入口阀92。第2膨胀机84是螺杆式的，具备第2发电机85。第2发电机85被与第2膨胀机84机械连接。被从吸入口84a供给被储存于第2蓄压罐77的压缩空气的第2膨胀机84借助被供给的压缩空气工作，驱动第2发电机85。第2发电机85被电气连接于压缩机10及外部的电力系统4。此外，被第2膨胀机84膨胀的空气从排出口84b经由排气消声器(图中未示出)被向外部排出。第2膨胀机84在本实施方式中是螺杆式的，但也可以是涡轮式、涡旋式的。

控制装置48a被与第1蓄压罐入口阀72A~72N、第2蓄压罐入口阀78、第2压缩机入口阀91、第2压缩机80电气连接(参照图3的单点划线)。控制装置48b被与第2发电机85、第1蓄压罐出口阀73A~73N、蓄压罐出口阀74、第2蓄压罐出口阀79、第2膨胀机入口阀92电气连接(参照图3的单点划线)。因此，这些动作被控制装置48a、48b控制。压力传感器13A~13N、76对控制装置48a、48b输出测定值。控制装置48a、48b基于这些测定值控制CAES发电装置2。

控制装置48a、48b对于第1蓄压罐入口阀72A~72N、第2蓄压罐入口阀78、第2压缩机入口阀91、第2压缩机80、第2发电机85、第1蓄压罐出口阀73A~73N、蓄压罐出口阀74、第2蓄压罐出口阀79、第2膨胀机入口阀92执行如下的控制。

首先，在将被压缩机10压缩的空气储存至第1蓄压罐71A、71B・・・71N的空气储存工序中，控制装置48a、48b将第1蓄压罐入口阀72A开阀，并且将第1蓄压罐出口阀73A闭阀。此外，控制装置48a、48b将第1蓄压罐入口阀72B~72N和第2压缩机入口阀91闭阀。控制装置48a、48b基于压力传感器13A的测定值，即，基于第1蓄压罐71A内的压缩空气的压力，计算第1蓄压罐71A的SOC。控制装置48a、48b判定被储存于第1蓄压罐71A的压缩空气的量是否超过第1蓄压罐71A的储存容量，即，判定SOC是否是100%。在判定成SOC是100%时，控制装置48a、48b将第1蓄压罐入口阀72A闭阀，并且将第1蓄压罐入口阀72B开阀。由此，被压缩机10压缩的空气被储存于第1蓄压罐71B。

这样，在前述空气储存工序中，将被压缩机10压缩的空气依次储存至第1蓄压罐71A、71B・・・71N，直至SOC为100%。

若第1蓄压罐71N的SOC为100%，则控制装置48a、48b将第1蓄压罐入口阀72N闭阀，并且将第2蓄压罐入口阀78及第2压缩机入口阀91开阀，驱动第2压缩机80。被第2压缩机80压缩成比压缩机10的排出压高的空气被储存于第2蓄压罐77。驱动第2压缩机80的动力可以从商用系统供电，也可以使用由膨胀机14产生的电力。

若第2蓄压罐77的SOC为100%，则控制装置48a、48b将第2蓄压罐入口阀78及第2压缩机入口阀91闭阀，并且将排气阀61开阀，将被压缩机10压缩的空气经由空气配管16及分岔配管17向大气排出。

在使用第2膨胀机84时，控制装置48b将第1蓄压罐出口阀73A~73N及蓄压罐出口阀74闭阀，并且将第2蓄压罐出口阀79及第2膨胀机入口阀92开阀。此时，被蓄压至第2蓄压罐77的压缩空气经由空气配管16、分岔配管19被导入至第2膨胀机84，借助被直接连结于第2膨胀机84的第2发电机85发电。该产生的电力可以返回电力系统，也可以作为驱动压缩机10(第1压缩机)的动力来使用。

由此，将被压缩机10压缩的空气借助第2压缩机80压缩成比压缩机10的排出压高，储存至第2蓄压罐77，所以能够将本来无效的电力作为压缩空气来储存能量。此外，若以高压储存，则能够使罐容量小型化，所以能够抑制储存罐的空间的增加。进而，使用来自第2蓄压罐77的压缩空气，借助第2膨胀机84驱动第2发电机85，产生向供给目的地供给的电力，所以在本来不能发电的状况下也能够发电。因此，一般地，在以高压储存的压缩空气发电的情况下，其充放电效率下降，但与什么都不设置相比至少能够提高放电效率。

另外，也可以将被蓄压至第2蓄压罐77的压缩空气用减压阀93减压，借助膨胀机14发电。

此外，控制装置48a、48b控制第1蓄压罐入口阀72A~72N、第1蓄压罐出口阀73A~73N等，但不限于此。例如，也可以手动控制第1蓄压罐入口阀、第1蓄压出口阀等。

(第3实施方式)

图4表示第3实施方式的CAES发电装置2的示意图。除了有关本实施方式的CAES发电装置2设置多个压缩机10、膨胀机14、及热媒罐20a、20b，在容器56a~56c中收纳有结构要素的部分以外的结构与图1的第1实施方式在实质上相同。因此，关于与图1所示的结构相同的部分，省略说明。此外，图4是示意图，所以CAES发电装置2的结构要素未必全被图示。

参照图4，本实施方式的CAES发电装置2具备3台压缩机10及4台膨胀机14。3台压缩机10被并列地流体连接，4台膨胀机14也被并列地流体连接。能够与输入电力、消耗电力对应地改变压缩机10及膨胀机14的驱动台数，所以能够广泛地高效率地平滑化。

本实施方式的CAES发电装置2具备高温热媒罐20a、低温热媒罐20b，借助第1热交换器18进行热交换的热媒根据温度不同来储存。因此，在第2热交换器22中，能够以根据需要的热媒温度进行热交换，所以提高放电效率。

在本实施方式中，CAES发电装置2几乎所有的结构要素被收纳于容器56a~56c。特别地，分成压缩机10及图中未示出的第1热交换器18等有关压缩功能的容器56a、膨胀机14及图中未示出的第2热交换器22等有关膨胀功能的容器56b、热媒罐20a、20b等有关蓄热功能的容器56c地设置有3个容器56a~56c。通过这样地收纳于容器56a~56c，能够大幅抑制CAES发电装置2的设置时的工事费。

此外，在图4的例子中，充电侧和放电侧分别具有500kW左右的容量。借助容器56a~56c构成充放电单元，由此搬运及设置容易，也能够自由地增减设备容量。例如，若将这3个容器56a~56c设成1组来设置6组，则作为整体能够构成3MW的设备。

此外，也可以，在从蓄压罐12和容器56a之间的空气配管16分岔的分岔配管17上设置排气阀61，在分岔配管17和蓄压罐12之间的空气配管16上设置蓄压罐入口阀62。

在设置这样的容器的情况下，也可以在排气阀61的开口上设置带消声器的导管(图中未示出)。此外，也可以如图4的例子那样，在设置第2压缩机80、第2膨胀机84时，将这些作为高压化单元来汇总地收纳于其他容器。

在第1至第3实施方式中，本发明的“变动的电力”不限于可再生能量，也可以是将工厂设备的需要电力平滑化或削峰（峰カット）的。

附图标记说明

2　压缩空气储能发电装置(CAES发电装置)

4　电力系统

6　发电站

8　受送电设备

10　压缩机(第1压缩机)

10a　吸入口

10b　排出口

12　蓄压罐(第1蓄压罐)

13　压力传感器(检测器)

14　膨胀机(第1膨胀机)

14a　吸入口

14b　排出口

16　空气配管

18　第1热交换器

20、20a、20b　热媒罐

22　第2热交换器

24　热媒配管

26　吸气过滤器

28　发电机(第1发电机)

30　马达(电动机)

32、36　转换器

34、38　逆变器

40　排气消声器

42　热媒回流罐

44a　温度传感器

44b、44d　温度传感器

44c　温度传感器

46　第1泵

48a、48b　控制装置

50a、50b　余量传感器

52　第2泵

4　热媒冷却器

56a、56b、56c　容器

61　排气阀

71A、71B・・・71N　第1蓄压罐

77　第2蓄压罐

80　第2压缩机

84　第2膨胀机

85　第2发电机。

Claims (7)

1.一种压缩空气储能发电方法，其特征在于，

具备第1空气压缩工序、第1空气储存工序、第1空气供给工序、第1发电工序、第1热交换工序、热媒储存工序、第2热交换工序、排气工序，

在前述第1空气压缩工序中，借助变动的输入电力驱动第1压缩机，将空气压缩，

在前述第1空气储存工序中，将被前述第1压缩机压缩的空气储存至第1蓄压罐，

在前述第1空气供给工序中，将压缩空气从第1蓄压罐供给至第1膨胀机，

在前述第1发电工序中，借助前述第1膨胀机驱动第1发电机来发电，

在前述第1热交换工序中，将被前述第1压缩机压缩的空气和热媒借助第1热交换器进行热交换，将热媒加热，

在前述热媒储存工序中，将被前述第1热交换器加热的热媒储存于热媒罐，

在前述第2热交换工序中，将被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气和被从前述热媒罐供给的热媒借助第2热交换器进行热交换，将压缩空气加热，

在前述排气工序中，在前述第1空气储存工序中被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，将通过前述第1空气压缩工序被前述第1压缩机压缩的空气储存于前述第1蓄压罐的同时向外部排出。

2.如权利要求1所述的压缩空气储能发电方法，其特征在于，

在前述排气工序中，通过前述第1空气压缩工序被前述第1压缩机压缩的空气借助前述第1热交换器与热媒进行热交换来加热热媒后，被向外部排出。

3.如权利要求1或2所述的压缩空气储能发电方法，其特征在于，

在前述排气工序中，被前述第1热交换器加热的热媒为预先规定的温度以上的温度后，被储存于前述热媒罐。

4.如权利要求1或2所述的压缩空气储能发电方法，其特征在于，

在前述排气工序中，被前述第1压缩机压缩的空气被向大气排出。

5.如权利要求1或2所述的压缩空气储能发电方法，其特征在于，

还具备第2空气压缩工序、第2空气储存工序、第2空气供给工序、第2发电工序，

在前述第2空气压缩工序中，将在前述排气工序中被前述第1压缩机压缩的空气借助第2压缩机，压缩成比前述第1压缩机的排出压高，

在前述第2空气储存工序中，将被前述第2压缩机压缩的空气储存于第2蓄压罐，

在前述第2空气供给工序中，将压缩空气从前述第2蓄压罐供给至第2膨胀机，

在前述第2发电工序中，借助前述第2膨胀机驱动第2发电机，产生向供给目的地供给的电力。

6.如权利要求5所述的压缩空气储能发电方法，其特征在于，

前述第1压缩机被由前述第2膨胀机驱动前述第2发电机来产生的电力驱动。

7.一种压缩空气储能发电装置，其特征在于，

具备第1压缩机、第1蓄压罐、第1膨胀机、第1发电机、第1热交换器、热媒罐、第2热交换器、检测器、排气阀、控制装置，

前述第1压缩机被变动的输入电力驱动，将空气压缩，

前述第1蓄压罐被与前述第1压缩机流体连接，用于储存被前述第1压缩机压缩的空气，

前述第1膨胀机被与前述第1蓄压罐流体连接，被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气驱动，

前述第1发电机被与前述第1膨胀机机械连接来发电，

前述第1热交换器借助被前述第1压缩机压缩的空气和热媒进行热交换，用于将热媒加热，

前述热媒罐用于储存被前述第1热交换器加热的热媒，

前述第2热交换器借助被从前述第1蓄压罐供给的压缩空气和被从前述热媒罐供给的热媒进行热交换，用于加热压缩空气，

前述检测器检测被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量，

前述排气阀被连接于前述第1蓄压罐，用于将被前述第1压缩机压缩的空气向外部排出，

前述控制装置在将被前述第1压缩机压缩的空气储存于前述第1蓄压罐的期间，在判定成被储存于前述第1蓄压罐的压缩空气的量超过预先规定的量时，打开前述排气阀，将被前述第1压缩机压缩的压缩空气储存于前述第1蓄压罐的同时向外部排出。