JP2022184621A - 圧縮空気貯蔵発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＡＥＳ発電システムにおいて、充電運転と放電運転の切り替えによって生じる熱エネルギー損失を抑制する
【解決手段】ＣＡＥＳ発電システム１は、空気を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１を駆動するモータ１４と、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンク１２と、蓄圧タンク１２から供給された圧縮空気を膨張させる膨張機１３と、膨張機１３により駆動される発電機１５と、相対的に低温の熱媒を用いて圧縮機１１から吐出される圧縮空気を冷却する冷却機能および相対的に高温の熱媒を用いて膨張機１３に給気される圧縮空気を加熱する加熱機能を有する熱交換器３０と、熱交換器３０の冷却機能と加熱機能を切り替える熱交換切替部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気貯蔵発電システムに関する。

風力または太陽光等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。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として、例えば、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電システムが知られている。

ＣＡＥＳ発電システムは、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発電するものである。

また、熱交換器を利用して運転効率を向上させたＣＡＥＳ発電システムが知られている（例えば特許文献１参照）。当該ＣＡＥＳ発電システムでは、圧縮機および電動機の運転（以降、充電運転ともいう。）の際に圧縮側熱交換器にて圧縮機から吐出された圧縮空気の熱を回収する。そして、膨張機および発電機の運転（以降、放電運転ともいう。）の際に圧縮側熱交換器とは別の膨張側熱交換器にて膨張機で膨張する前の圧縮空気に回収した熱を戻す。このようにして、圧縮熱を有効利用して発電効率を向上させている。

特開２０１６－２１１４６４号公報

上記ＣＡＥＳ発電システムでは、放電運転から切り替えて充電運転を実行すると、放電運転中に上昇した膨張側熱交換器および付随する熱媒配管の温度が放電運転の休止中に低下して熱エネルギーを損失する。その後に充電運転から切り替えて放電運転を実行しても、しばらくの間は高温熱媒の熱が膨張側熱交換器および付随する熱媒配管を暖めるために使用され、熱エネルギーが浪費される。

同様に、上記ＣＡＥＳ発電システムでは、充電運転から切り替えて放電運転を実行すると、充電運転中に上昇した圧縮側熱交換器および付随する熱媒配管の温度が低下して熱エネルギーを損失する。その後に放電運転から切り替えて充電運転を再開しても、しばらくの間は圧縮機から吐出された圧縮空気の熱が圧縮側熱交換器および付随する熱媒配管を暖めるために使用され、熱エネルギーが浪費される。

本発明は、ＣＡＥＳ発電システムにおいて、充電運転と放電運転の切り替えによって生じる熱エネルギー損失を抑制することを課題とする。

本発明の第１の態様は、
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機と、
前記圧縮機により圧縮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た前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、
相対的に低温の熱媒を用いて前記圧縮機から吐出される前記圧縮空気を冷却する冷却機能および相対的に高温の熱媒を用いて前記膨張機に給気される前記圧縮空気を加熱する加熱機能を有する熱交換器と、
前記熱交換器の前記冷却機能と前記加熱機能を切り替える熱交換切替部と
を備える、圧縮空気貯蔵発電システムを提供する。

この構成によれば、圧縮機と膨張機に対して共通の熱交換器が設けられており、充電運転と放電運転で共通の熱交換器を使用する。従って、充電運転においても放電運転においても共通の熱交換器や付随する熱媒配管が使用されるため、充電運転と放電運転の切り替えによって熱交換器および付随する熱媒配管の温度が低下することを抑制できる。そのため、充電運転と放電運転の切り替えによって生じる熱エネルギー損失を抑制できる。これにより、充電運転から放電運転に切り替えてすぐに所望の発電出力を確保でき、放電運転から充電運転に切り替えてすぐに所望の温度の熱媒を確保できる。

前記圧縮空気貯蔵発電システムは、
前記圧縮空気が前記圧縮機から前記熱交換器に流れる第１空気流路と、
前記圧縮空気が前記熱交換器から前記膨張機に流れる第２空気流路と、
前記第１空気流路に設けられた第１空気弁と、
前記第２空気流路に設けられた第２空気弁と
をさらに備えてもよい。

この構成によれば、第１空気弁および第２空気弁によって圧縮空気の流れを簡易に制御できる。従って、圧縮空気の流路を具体的に簡易に設計できる。

前記圧縮空気貯蔵発電システムは、
前記圧縮空気が前記圧縮機から合流点に流れる第１空気流路と、
前記圧縮空気が前記合流点から前記膨張機に流れる第２空気流路と、
前記圧縮空気が前記合流点および前記熱交換器の間で流れる第３空気流路と、
前記合流点に設けられた三方弁と
をさらに備えてもよい。

この構成によれば、三方弁によって圧縮空気の流れを簡易に制御できる。従って、圧縮空気の流路を具体的に簡易に設計できる。

前記圧縮機および前記膨張機は、圧縮膨張兼用機として一体的に構成され、前記電動機および前記発電機は、電動発電兼用機として一体的に構成されてもよい。

この構成によれば、ＣＡＥＳ発電システムを小型化できる。また、圧縮膨張兼用機および電動発電兼用機は、充電運転と放電運転の切り替えを前提としているため、本システムを有効に機能させることができる。

前記圧縮空気貯蔵発電システムは、
前記相対的に低温の熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
前記相対的に高温の熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と
前記相対的に低温の熱媒が前記低温蓄熱部から前記熱交換器を通るとともに加熱されて前記高温蓄熱部に流れる第１熱媒流路と、
前記相対的に高温の熱媒が前記高温蓄熱部から前記熱交換器を通るとともに冷却されて前記低温蓄熱部に流れる第２熱媒流路と
をさらに備えてもよく
前記熱交換切替部は、
前記第１熱媒流路に設けられた第１熱媒弁と、
前記第２熱媒流路に設けられた第２熱媒弁と
を含んでいてもよい。

この構成によれば、第１熱媒弁および第２熱媒弁によって熱媒の流れを簡易に制御できる。従って、熱媒の流路を具体的に簡易に設計できる。

前記熱交換器では、前記相対的に低温の熱媒が下側を流れ、前記相対的に高温の熱媒が上側を流れてもよい。

この構成によれば、熱交換器において加熱された周囲空気は上方へと流れ、冷却された周囲空気は下方へと流れるため、効率的な熱交換を実現できる。

本発明によれば、ＣＡＥＳ発電システムにおいて、充電運転と放電運転の切り替えによって生じる熱エネルギー損失を抑制できる。

本発明の第１実施形態における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。 本発明の第１実施形態における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。 充電運転状態の熱交換器の模式的な斜視図。 放電運転状態の熱交換器の模式的な斜視図。 変形例における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。 変形例における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。 第２実施形態における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。 第２実施形態における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システムの概略構成図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。また、図２は、本発明の第１実施形態における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。

図１を参照して、充電運転において、ＣＡＥＳ発電システム１は、発電所２から供給された電力を利用して圧縮空気を製造し、当該圧縮空気を貯蔵する。図２を参照して、放電運転において、ＣＡＥＳ発電システム１は、貯蔵した圧縮空気を利用して発電する。これにより、発電所２で発電した電力を圧縮空気の態様で貯蔵するとともに需要先３に適時に電力を供給できる。

発電所２は、風力発電所または太陽光発電所などの再生可能エネルギーを利用したものであり得る。また、発電所２は、火力発電所または原子力発電所などの再生可能エネルギーを利用しないものであってもよい。また、需要先３は、工場などの電力需要が見込まれる設備であり得る。

図１，２を参照して、ＣＡＥＳ発電システム１では、破線で示す空気流路１０と、実線で示す熱媒流路２０とが設けられている。なお、一点鎖線は、模式的に電気の流れを示している。

まず、空気流路１０について説明する。

ＣＡＥＳ発電システム１は、空気流路１０において、圧縮機１１と、蓄圧タンク（蓄圧部）１２と、膨張機１３と、熱交換器３０とを有している。これらは、空気配管１０ａ～１０ｆ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。

本実施形態では、圧縮機１１は、スクリュ式であり、雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）を有している。スクリュロータにはモータ（電動機）１４が機械的に接続されており、モータ１４は発電所２で発電された電力を利用してスクリュロータを回転駆動する。圧縮機１１は、空気配管１０ａを通じて外気を吸気し、内部で圧縮し、空気配管１０ｂを通じて圧縮空気を吐出する。代替的には、圧縮機１１は、ターボ式、スクロール式、またはレシプロ式等の別の種類のものであってもよい。

空気配管１０ｂは、膨張機１３から延びる空気配管１０ｃと合流点Ｐ１にて合流している。合流点Ｐ１からは、空気配管１０ｄが、熱交換器３０まで延びている。空気配管１０ｂには、第１空気弁１６が設けられている。第１空気弁１６によって、空気配管１０ｂ内の圧縮空気の流れが許容または遮断される。同様に、空気配管１０ｃには、第２空気弁１７が設けられている。第２空気弁１７によって、空気配管１０ｃ内の圧縮空気の流れが許容または遮断される。第１空気弁１６および第２空気弁１７の開閉は、後述する制御装置４０によって制御されている。

熱交換器３０では、圧縮空気および熱媒が熱交換する。熱交換器３０は、圧縮機１１および膨張機１３に対して共通して設けられている。熱交換器３０は、相対的に低温の熱媒を用いて圧縮機１１から吐出される圧縮空気を冷却する冷却機能と、相対的に高温の熱媒を用いて膨張機１３に給気される圧縮空気を加熱する加熱機能とを有している。圧縮空気に対する冷却機能を実行する際には、相対的に低温の熱媒が反対に加熱されて相対的に高温の熱媒となる。また、圧縮空気に対する加熱機能を実行する際には、相対的に高温の熱媒が反対に冷却されて相対的に低温の熱媒となる。また、熱交換器３０は、空気配管１０ｅを通じて蓄圧タンク１２と流体的に接続されている。

図３は、充電運転状態の熱交換器３０の模式的な斜視図である。また、図４は、放電運転状態の熱交換器３０の模式的な斜視図である。

充電運転状態の熱交換器３０では、上側から空気配管１０ｄを通じて相対的に高温の圧縮空気（例えば１６０～１７０℃程度）が流入し、内部で冷却され、下側から空気配管１０ｅを通じて相対的に低温の圧縮空気（例えば４０℃程度）が流出する。また、下側から熱媒配管２０ｃを通じて相対的に低温の熱媒（例えば３０℃程度）が流入し、内部で加熱され、上側から熱媒配管２０ｆを通じて相対的に高温の熱媒（例えば１４０～１５０℃程度）が流出する。

放電運転状態の熱交換器３０では、下側から空気配管１０ｅを通じて相対的に低温の圧縮空気（例えば常温）が流入し、内部で加熱され、上側から空気配管１０ｄを通じて相対的に高温の圧縮空気（例えば１２０～１３０℃程度）が流出する。また、上側から熱媒配管２０ｆを通じて相対的に高温の熱媒（例えば１４０～１５０℃程度）が流入し、内部で冷却され、下側から熱媒配管２０ｃを通じて相対的に低温の熱媒（例えば４０℃程度）が流出する。

このように、熱交換器３０では、相対的に低温の圧縮空気が下側を流れ、相対的に高温の圧縮空気が上側を流れる。同様に、熱交換器３０では、相対的に低温の熱媒が下側を流れ、相対的に高温の熱媒が上側を流れる。熱交換器３０において加熱された周囲空気は上方へと流れ、冷却された周囲空気は下方へと流れるため、当該熱交換器３０によって効率的な熱交換を実現できる。

蓄圧タンク１２は、熱交換器３０から流れてきた圧縮空気を貯蔵する。即ち、蓄圧タンク１２には、圧縮空気の態様でエネルギーを蓄積できる。蓄圧タンク１２は、例えば鋼製のタンクであり得る。

本実施形態では、膨張機１３は、スクリュ式であり、雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）を備える。スクリュロータには発電機１５が機械的に接続されており、発電機１５は膨張機１３によって駆動されることで発電する。膨張機１３は、空気配管１０ｃを通じてから圧縮空気を給気される。膨張機１３は、当該圧縮空気により作動し、発電機１５を駆動する。膨張機１３で膨張した空気は、空気配管１０ｆを通じて外部へ排気される。代替的には、膨張機１３は、ターボ式、スクロール式、またはレシプロ式等の別の種類のものであってもよい。

次に、熱媒流路２０について説明する。

ＣＡＥＳ発電システム１は、熱媒流路２０において、高温熱媒タンク（高温蓄熱部）２１と、低温熱媒タンク（低温蓄熱部）２２と、熱交換器３０とを有している。これらは、熱媒配管２０ａ～２０ｆ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。熱媒の種類は特に限定されず、例えば油を熱媒として使用してもよい。

高温熱媒タンク２１は、相対的に高温の熱媒を貯蔵する。高温熱媒タンク２１は、例えば鋼製のタンクであり得る。高温熱媒タンク２１からは２本の熱媒配管２０ａ，２０ｂが延びており、熱媒配管２０ａ，２０ｂは合流点Ｐ２にて合流している。また、合流点Ｐ２から熱交換器３０まで熱媒配管２０ｃが延びている。

熱媒配管２０ｂには、第１熱媒弁２３が設けられている。第１熱媒弁２３によって、熱媒配管２０ｂ内の熱媒の流れが許容または遮断される。熱媒配管２０ａには、第２熱媒弁２４が設けられている。第２熱媒弁２４によって、熱媒配管２０ａ内の熱媒の流れが許容または遮断される。第１熱媒弁２３および第２熱媒弁２４の開閉は、後述する制御装置４０によって制御されている。また、熱媒配管２０ａには、熱媒を流動させるためのポンプ２７が設けられている。ポンプ２７によって、熱媒が高温熱媒タンク２１から熱交換器３０を介して低温熱媒タンク２２へと流れる。ポンプ２７の駆動は、後述する制御装置４０によって制御されている。

低温熱媒タンク２２は、相対的に低温の熱媒を貯蔵する。低温熱媒タンク２２は、例えば鋼製のタンクであり得る。低温熱媒タンク２２からは２本の熱媒配管２０ｄ，２０ｅが延びており、熱媒配管２０ｄ，２０ｅは合流点Ｐ３にて合流している。また、合流点Ｐ３から熱交換器３０まで熱媒配管２０ｆが延びている。

熱媒配管２０ｅには、第１熱媒弁２５が設けられている。第１熱媒弁２５によって、熱媒配管２０ｅ内の熱媒の流れが許容または遮断される。同様に、熱媒配管２０ｄには、第２熱媒弁２６が設けられている。第２熱媒弁２６によって、熱媒配管２０ｄ内の熱媒の流れが許容または遮断される。第１熱媒弁２５および第２熱媒弁２６の開閉は、後述する制御装置４０によって制御されている。また、熱媒配管２０ｅには、熱媒を流動させるためのポンプ２８が設けられている。ポンプ２８によって、熱媒が低温熱媒タンク２２から熱交換器３０を介して高温熱媒タンク２１へと流れる。ポンプ２８の駆動は、後述する制御装置４０によって制御されている。

制御装置４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置とを含むハードウェア（例えばコンピュータ）と、それに実装されたソフトウェアとにより構成されている。制御装置４０は、ＣＡＥＳ発電システム１全体の動作を制御する。

本実施形態では、制御装置４０は、特に、第１空気弁１６、第２空気弁１７、第１熱媒弁２３，２５、および第２熱媒弁２４，２６の開閉を制御する。

図１に示す充電運転では、制御装置４０は、第１空気弁１６を開き、第２空気弁１７を閉じる。これにより、圧縮空気は、空気配管１０ｂ，１０ｄ（第１空気流路）を通じて圧縮機１１から熱交換器３０に流れ、さらに空気配管１０ｅを通じて熱交換器３０から蓄圧タンク１２へと流れる。従って、蓄圧タンク１２に圧縮空気が貯蔵される。また、制御装置４０は、第１熱媒弁２３，２５を開き、第２熱媒弁２４，２６を閉じ、ポンプ２７を停止し、ポンプ２８を駆動する。これにより、熱媒は、熱媒配管２０ｅ，２０ｆ，２０ｃ，２０ｂ（第１熱媒流路）を通じて低温熱媒タンク２２から熱交換器３０を介して高温熱媒タンク２１へと流れる。従って、熱交換器３０では、前述の冷却機能によって、圧縮機１１から吐出された圧縮空気が冷却される。また、相対的に低温の熱媒が反対に加熱されて相対的に高温の熱媒となる。

図２に示す放電運転では、制御装置４０は、第１空気弁１６を閉じ、第２空気弁１７を開く。これにより、圧縮空気は、空気配管１０ｅを通じて蓄圧タンク１２から熱交換器３０に流れ、さらに空気配管１０ｄ，１０ｃ（第２空気流路）を通じて熱交換器３０から膨張機１３へと流れる。従って、膨張機１３および発電機１５が駆動される。また、制御装置４０は、第１熱媒弁２３，２５を閉じ、第２熱媒弁２４，２６を開き、ポンプ２７を駆動し、ポンプ２８を停止する。これにより、熱媒は、熱媒配管２０ａ，２０ｃ，２０ｆ，２０ｄ（第２熱媒流路）を通じて高温熱媒タンク２１から熱交換器３０を介して低温熱媒タンク２２へと流れる。従って、熱交換器３０では、前述の加熱機能によって、膨張機１３に給気される圧縮空気が加熱される。また、相対的に高温の熱媒が反対に冷却されて相対的に低温の熱媒となる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

圧縮機１１と膨張機１３に対して共通の熱交換器３０が設けられており、充電運転と放電運転で共通の熱交換器３０を使用する。従って、充電運転においても放電運転においても共通の熱交換器３０や付随する熱媒配管２０ｃ，２０ｆが使用されるため、充電運転と放電運転の切り替えによって熱交換器３０および付随する熱媒配管２０ｃ，２０ｆの温度が低下することを抑制できる。そのため、充電運転と放電運転の切り替えによって生じる熱エネルギー損失を抑制できる。これにより、充電運転から放電運転に切り替えてすぐに所望の発電出力を確保でき、放電運転から充電運転に切り替えてすぐに所望の温度の熱媒を確保できる。

また、第１空気弁１６および第２空気弁１７を設けているため、圧縮空気の流れを簡易に制御できる。従って、圧縮空気の流路を具体的に簡易に設計できる。

また、第１熱媒弁２３，２５および第２熱媒弁２４，２６によって熱媒の流れを簡易に制御できる。従って、熱媒の流路を具体的に簡易に設計できる。

図５は、変形例における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。また、図６は、変形例における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。

本変形例では、図１，２に示す第１空気弁１６および第２空気弁１７に変えて、三方弁１８が設けられている。三方弁１８は、空気配管１０ｂ（第１空気流路）と、空気配管１０ｃ（第２空気流路）と、空気配管１０ｄ（第３空気流路）との合流点Ｐ１に設けられている。三方弁１８は、制御装置４０によって制御され、圧縮空気の流路を切り替える。

本変形例によれば、三方弁１８によって圧縮空気の流れを簡易に制御できる。従って、圧縮空気の流路を具体的に簡易に設計できる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態における充電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。また、図８は、第２実施形態における放電運転状態のＣＡＥＳ発電システム１の概略構成図である。

本実施形態のＣＡＥＳ発電システム１では、第１実施形態における圧縮機１１（図１，２参照）および膨張機１３（図１，２参照）が、圧縮膨張兼用機５０として一体的に構成されている。また、第１実施形態におけるモータ１４（図１，２参照）および発電機１５（図１，２参照）が、電動発電兼用機５１として一体的に構成されている。これらに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

ＣＡＥＳ発電システム１は、空気流路１０において、圧縮膨張兼用機５０と、蓄圧タンク（蓄圧部）１２と、熱交換器３０とを有している。これらは、空気配管１０ｇ～１０ｉ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。

本実施形態では、圧縮膨張兼用機５０は、スクリュ式であり、雌雄一対のスクリュロータ（図示せず）を有している。スクリュロータには電動発電兼用機５１が機械的に接続されている。電動発電兼用機５１は、電動機の機能と、発電機の機能とを有している。電動発電兼用機５１が電動機として機能するときは、発電所２で発電された電力を利用して圧縮膨張兼用機５０を圧縮機として駆動する。また、電動発電兼用機５１が発電機として機能するときは、膨張機として機能する圧縮膨張兼用機５０によって駆動されて発電する。

圧縮膨張兼用機５０は、空気配管１０ｇを通じて空気を外部から吸気または外部に排気する。また、圧縮膨張兼用機５０は、空気配管１０ｈを通じて熱交換器３０と流体的に接続されている。熱交換器３０は、空気配管１０ｉを通じて蓄圧タンク１２と流体的に接続されている。

熱媒流路２０については第１実施形態と実質的に同じである。

本実施形態では、制御装置４０は、特に、第１熱媒弁２３，２５および第２熱媒弁２４，２６の開閉を制御するとともに、圧縮膨張兼用機５０および電動発電兼用機５１の動作を制御する。本実施形態では、第１実施形態の第１空気弁１６または第２空気弁１７に相当する構成が設けられていない。従って、空気流路１０における空気の流れ方向の切り替えは、圧縮膨張兼用機５０および電動発電兼用機５１の動作の制御に従う。

図７に示す充電運転では、制御装置４０は、電動発電兼用機５１を電動機として機能させ、圧縮膨張兼用機５０を圧縮機として駆動する。これにより、圧縮空気は、空気配管１０ｈを通じて圧縮膨張兼用機５０から熱交換器３０に流れ、さらに空気配管１０ｉを通じて熱交換器３０から蓄圧タンク１２へと流れる。従って、蓄圧タンク１２に圧縮空気が貯蔵される。また、制御装置４０は、第１熱媒弁２３，２５を開き、第２熱媒弁２４，２６を閉じ、ポンプ２７を停止し、ポンプ２８を駆動する。これにより、熱媒は、熱媒配管２０ｅ，２０ｆ，２０ｃ，２０ｂ（第１熱媒流路）を通じて低温熱媒タンク２２から熱交換器３０を介して高温熱媒タンク２１へと流れる。従って、熱交換器３０では、前述の冷却機能によって、圧縮膨張兼用機５０から吐出された圧縮空気が冷却される。また、相対的に低温の熱媒が反対に加熱されて相対的に高温の熱媒となる。

図２に示す放電運転では、制御装置４０は、圧縮膨張兼用機５０を膨張機として機能させ、電動発電兼用機５１を発電機として駆動する。これにより、圧縮空気は、空気配管１０ｉを通じて蓄圧タンク１２から熱交換器３０に流れ、さらに空気配管１０ｈを通じて熱交換器３０から圧縮膨張兼用機５０へと流れる。従って、圧縮膨張兼用機５０を膨張機として機能させ、電動発電兼用機５１を発電機として駆動する。また、制御装置４０は、第１熱媒弁２３，２５を閉じ、第２熱媒弁２４，２６を開き、ポンプ２７を駆動し、ポンプ２８を停止する。これにより、熱媒は、熱媒配管２０ａ，２０ｃ，２０ｆ，２０ｄ（第２熱媒流路）を通じて高温熱媒タンク２１から熱交換器３０を介して低温熱媒タンク２２へと流れる。従って、熱交換器３０では、前述の加熱機能によって、膨張機１３に給気される圧縮空気が加熱される。また、相対的に高温の熱媒が反対に冷却されて相対的に低温の熱媒となる。

本実施形態によれば、圧縮膨張兼用機５０および電動発電兼用機５１を利用するため、圧縮機（電動機）および膨張機（発電機）が別々に設けられているものに比べてＣＡＥＳ発電システム１を小型化できる。また、圧縮膨張兼用機５０および電動発電兼用機５１は、充電運転と放電運転の切り替えを前提としているため、本実施形態のように熱交換器３０を共通化し、熱媒の流れを合わせて切り替えることで、ＣＡＥＳ発電システム１を有効に機能させることができる。

以上より、本発明の具体的な実施形態および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、個々の実施形態や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。

１ 圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電システム
２ 発電所
３ 需要先
１０ 空気流路
１０ａ～１０ｉ 空気配管
１１ 圧縮機
１２ 蓄圧タンク（蓄圧部）
１３ 膨張機
１４ モータ（電動機）
１５ 発電機
１６ 第１空気弁
１７ 第２空気弁
１８ 三方弁
２０ 熱媒流路
２０ａ～２０ｆ 熱媒配管
２１ 高温熱媒タンク（高温蓄熱部）
２２ 低温熱媒タンク（低温蓄熱部）
２３，２５ 第１熱媒弁
２４，２６ 第２熱媒弁
２７，２８ ポンプ
３０ 熱交換器
４０ 制御装置
５０ 圧縮膨張兼用機（圧縮機、膨張機）
５１ 電動発電兼用機（電動機、発電機）
Ｐ１～Ｐ３ 合流点

Claims (6)

1. 空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機を駆動する電動機と、
   前記圧縮機により圧縮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た前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、
   前記膨張機により駆動される発電機と、
   相対的に低温の熱媒を用いて前記圧縮機から吐出される前記圧縮空気を冷却する冷却機能および相対的に高温の熱媒を用いて前記膨張機に給気される前記圧縮空気を加熱する加熱機能を有する熱交換器と、
   前記熱交換器の前記冷却機能と前記加熱機能を切り替える熱交換切替部と
   を備える、圧縮空気貯蔵発電システム。
2. 前記圧縮空気が前記圧縮機から前記熱交換器に流れる第１空気流路と、
   前記圧縮空気が前記熱交換器から前記膨張機に流れる第２空気流路と、
   前記第１空気流路に設けられた第１空気弁と、
   前記第２空気流路に設けられた第２空気弁と
   をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電システム。
3. 前記圧縮空気が前記圧縮機から合流点に流れる第１空気流路と、
   前記圧縮空気が前記合流点から前記膨張機に流れる第２空気流路と、
   前記圧縮空気が前記合流点および前記熱交換器の間で流れる第３空気流路と、
   前記合流点に設けられた三方弁と
   をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電システム。
4. 前記圧縮機および前記膨張機は、圧縮膨張兼用機として一体的に構成され、前記電動機および前記発電機は、電動発電兼用機として一体的に構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電システム。
5. 前記相対的に低温の熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
   前記相対的に高温の熱媒を貯蔵する高温蓄熱部と
   前記相対的に低温の熱媒が前記低温蓄熱部から前記熱交換器を通るとともに加熱されて前記高温蓄熱部に流れる第１熱媒流路と、
   前記相対的に高温の熱媒が前記高温蓄熱部から前記熱交換器を通るとともに冷却されて前記低温蓄熱部に流れる第２熱媒流路と
   をさらに備え、
   前記熱交換切替部は、
   前記第１熱媒流路に設けられた第１熱媒弁と、
   前記第２熱媒流路に設けられた第２熱媒弁と
   を含む、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システム。
6. 前記熱交換器では、前記相対的に低温の熱媒が下側を流れ、前記相対的に高温の熱媒が上側を流れる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電システム。

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