JP2023038673A - 圧縮空気貯蔵発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】縮空気貯蔵発電装置において、発電需要の変動に起因する熱媒の温度低下を抑制し効率的に発電する。【解決手段】圧縮空気貯蔵発電装置１は、複数の熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅと、複数の切換弁５６Ａ～５６Ｅと、複数の温度センサ５１Ａ～５１Ｅと、複数の温度センサ５１Ａ～５１Ｅの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて複数の切換弁５６Ａ～５６Ｅを制御する制御部６０とを備える。運転モード群は、複数の熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの全部のうち検出温度が最も低い熱媒タンクから、検出温度が低い順に熱媒を貯蔵する通常運転モードと、検出温度が最も高い熱媒タンクを含む複数の熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの一部のうち検出温度が最も低い熱媒タンクから、検出温度が低い順に熱媒を貯蔵する充放電限定運転モードと、検出温度が最も高い熱媒タンクから、検出温度が高い順に熱媒を貯蔵する効率運転モードとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。

変動する不安定な発電出力を平滑化また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。この技術を適用した圧縮空気貯蔵発電装置では、発電機で発電した電力が余剰である場合、電動機に余剰となった電力を供給する。そして、電動機で圧縮機を駆動して圧縮空気を生成する。生成された圧縮空気は一時的に蓄えられる。そして、必要なときに蓄えられた圧縮空気で膨張機（タービン）を作動させて発電機を駆動し、電気に再変換する。

特許文献１には、圧縮空気を貯蔵する前に圧縮空気から熱エネルギーを回収し、貯蔵された圧縮空気をタービンに供給するときに再加熱する断熱圧縮空気貯蔵（ＡＣＡＥＳ：Adiabatic Compressed Air Energy Storage）発電装置が記載されている。ＡＣＡＥＳ発電装置は、圧縮熱を回収して発電時に使用するため、通常のＣＡＥＳ発電装置に比べて発電効率が高い。以下、ＡＣＡＥＳ発電装置とＣＡＥＳ発電装置とを区別することなく、単にＣＡＥＳ発電装置ともいう。

特表２０１８－１７８９７７号公報

回収された圧縮熱は、熱媒を介して高温蓄熱部に貯蔵される。ＣＡＥＳ発電装置の使用状況によっては、高温蓄熱部に貯蔵された熱エネルギーが長時間使用されないことがある。その場合、高温蓄熱部から熱エネルギーが放出されて熱媒の温度が低下し、発電効率が低下する。また、熱媒の温度が一定以下に下がると、圧縮空気の膨張時に空気温度が氷点下を下回り、空気中の水蒸気が凍結して膨張機中の空気経路の空気の流れを阻害する。

特許文献１に開示されたＣＡＥＳ発電装置では、加熱手段を用いて加熱することで高温熱媒部の温度低下を抑制している。しかし、発電需要の変動に起因する熱エネルギーが長時間使用されない状況を改善し、熱媒の温度低下を抑制することについては特段の開示がない。

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、発電需要の変動に起因する熱媒の温度低下を抑制し効率的に発電することを課題とする。

本発明の第１の態様は、変動する入力電力により駆動される電動機と、前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と流体的に接続され、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、前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、前記膨張機と機械的に接続された発電機と、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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部とを備え、前記運転モード群は、前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、前記検出温度が最も高い熱媒タンクを含む前記複数の熱媒タンクの一部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する充放電限定運転モードと、前記検出温度が最も高い熱媒タンクから、前記検出温度が高い順に前記熱媒を貯蔵する効率運転モードとを含む、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

この構成によれば、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードに切り替えられる。

通常運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、全ての熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。また、通常運転モードでは、熱媒タンクの全てが使用されるため、発電需要が大きい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

充放電限定運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち一部の熱媒タンクを優先的に使用し、一部の熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、一部の熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。従って、発電需要が小さい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

効率運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち最も高温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、高温熱媒が貯蔵された熱媒タンクは常に高温に維持され得る。従って、電力の販売価格が高い時の販売機会を逸しないように、発電開始の段階から効率よく発電できる。

以上より、発電需要に基づいて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードの３つの運転モードを有するため、需要量を考慮した発電需要と、売電価格を考慮した発電需要とに応じて効率的に発電できる。

本発明の第２の態様は、変動する入力電力により駆動される電動機と、前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と流体的に接続され、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、前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、前記膨張機と機械的に接続された発電機と、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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部とを備え、前記運転モード群は、前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、前記検出温度が最も高い熱媒タンクを含む前記複数の熱媒タンクの一部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する充放電限定運転モードとを含む、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

この構成によれば、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モードと充放電限定運転モードとに切り替えられる。

通常運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、全ての熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。また、通常運転モードでは、熱媒タンクの全てが使用されるため、発電需要が大きい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

充放電限定運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち一部の熱媒タンクを優先的に使用し、一部の熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、一部の熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。従って、発電需要が小さい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

以上より、発電需要に基づいて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、通常運転モードと充放電限定運転モードとの２つの運転モードを有するため、需要量を考慮した発電需要に応じて、効率的に発電できる。

本発明の第３の態様は、変動する入力電力により駆動される電動機と、前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と流体的に接続され、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、前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、前記膨張機と機械的に接続された発電機と、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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部とを備え、前記運転モード群は、前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、前記検出温度が最も高い熱媒タンクから、前記検出温度が高い順に前記熱媒を貯蔵する効率運転モードとを含む、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

この構成によれば、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モードと効率運転モードとに切り替えられる。

通常運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、全ての熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。また、通常運転モードでは、熱媒タンクの全てが使用されるため、発電需要が大きい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

効率運転モードでは、複数の熱媒タンクのうち最も高温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから順に第１熱交換部で熱交換された熱媒が供給される。そのため、高温熱媒が貯蔵された熱媒タンクは常に高温に維持され得る。従って、電力の販売価格が高い時の販売機会を逸しないように、発電開始の段階から効率よく発電できる。

以上より、発電需要に基づいて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、通常運転モードと効率運転モードとの２つの運転モードを有するため、需要量を考慮した発電需要と、売電価格を考慮した発電需要とに応じて効率的に発電できる。

前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の液面高さを検出する複数の液面センサを備え、前記複数の液面センサが、前記熱媒が供給されている熱媒タンクが満杯であることを検出すると、前記制御部が、次に前記熱媒が供給される熱媒タンクに前記熱媒を供給するように、前記複数の切換弁を制御してもよい。

前記の構成によれば、高温熱媒タンクに対して定量まで熱媒が貯蔵されると、切換弁が切り換わり、熱媒が次の高温熱媒タンクに順に貯蔵され得る。

前記変動する入力電力は、再生可能エネルギー発電設備によって得られる電力を含み、前記発電需要は、前記再生可能エネルギー発電設備の発電に影響する自然条件の予測と、季節と、時間とによって決定されてもよい。

前記の構成によれば、発電需要に応じて最適な運転モードを選択できるため、効率的に発電することができる。自然条件によって再生可能エネルギー発電設備の発電量が変動するため、発電需要は自然条件によって異なる。また、例えば春と夏とを比較すると、空調設備の使用状況等が異なるため、発電需要は季節によっても異なる。また、例えば昼と夜とを比較すると、人の活動に伴う電力消費量が異なるため、発電需要は時間によっても異なる。以上より、発電需要が、自然条件の予測、季節、及び時間によって異なる。そのため、自然条件の予測、季節、及び時間によって発電需要を決定し、その発電需要に応じて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。

前記電動機と前記発電機とを一つの同期機で兼用するよう構成され、前記圧縮機と前記膨張機とを一つの圧縮機兼膨張機で兼用するよう構成されていてもよい。

前記の構成によれば、圧縮空気貯蔵発電装置の設置スペースを縮小することができる。

本発明の圧縮空気貯蔵発電装置によれば、発電需要の変動に起因する熱媒の温度低下を抑制し効率的に発電できる。

本発明に係る圧縮空気貯蔵発電装置の模式的な系統図。 通常運転モードで運転した際の熱媒量の変動を概念的に示すグラフ。 充放電限定運転モードで運転した際の熱媒量の変動を概念的に示すグラフ。 各熱媒タンクの熱媒温度を示すグラフ。 本発明に係る圧縮空気貯蔵発電装置の通常運転モードと効率運転モードとのそれぞれに関するフローチャート。 本発明に係る圧縮空気貯蔵発電装置の充放電限定運転モードに関するフローチャート。 本発明に係る圧縮空気貯蔵発電装置の変形例の模式的な系統図。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各図面は本発明を説明するための単なる説明図であるため、装置構成は模式的あるいは概念的に示されている。そのため、ＣＡＥＳ発電装置１における圧縮機１３又は膨張機１５について、台数や圧縮段数、及びそれらに応じた配管構成等については図示を省略している。

（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係る圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置１の全体的な構成と機能を説明する。ＣＡＥＳ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設備の出力変動を平準化して電力系統に電力を供給するとともに、発電需要の変動に合わせた電力を電力系統に供給する。

ＣＡＥＳ発電装置１は、空気配管系１１と熱媒配管系１２とを備える。

空気配管系１１には、圧縮機１３と、蓄圧タンク（蓄圧部）１４と、膨張機１５が設けられており、これらが空気配管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄにより接続されている。

圧縮機１３は、本実施形態では雌雄一対のスクリュロータを備えるスクリュ圧縮機である。圧縮機１３は、スクリュ圧縮機以外の容量型の圧縮機であってもよいし、ターボ型の圧縮機であってもよい。

圧縮機１３のスクリュロータには、電動機１７が機械的に接続されている。電動機１７は、再生可能エネルギー発電設備（発電設備）２で発電された電力、つまり変動する入力電力により作動して、圧縮機１３を回転駆動する。再生可能エネルギー発電設備２の例としては、風力発電設備と太陽光発電設備とがあるが、これらに限定されない。

圧縮機１３内では、雌雄一対のスクリュロータが回転駆動され、噛合することで、空気を圧縮する。圧縮機１３の吸込口１３ａは空気配管１６ａを介して大気と連通しており、吐出口１３ｂは空気配管１６ｂを介して蓄圧タンク１４と流体的に接続されている。空気配管１６ｂには圧縮側熱交換器（第１熱交換部）１９が介設されている。圧縮機１３は、電動機１７によって回転駆動されると、空気配管１６ａを通じて吸気口１３ａから空気を吸気し、内部で圧縮し、圧縮空気を吐出口１３ｂから吐出し、空気配管１６ｂを通じて蓄圧タンク１４に圧縮空気を圧送する。

以上のように、ＣＡＥＳ発電装置１では、再生可能エネルギー発電設備２からの変動する入力電力によって電動機１７を作動させて圧縮機１３を回転駆動し、圧縮機１３で生成された圧縮空気を蓄圧タンク１４に蓄える（充電運転）。

蓄圧タンク１４の例としては、鋼製タンクがあるが、これに限定されない。蓄圧タンク１４は、圧縮機１３から圧送された圧縮空気を貯蔵する。つまり、蓄圧タンク１４には、圧縮空気としてエネルギーが貯蔵される。蓄圧タンク１４は空気配管１６ｃを通じて膨張機１５の給気口１５ａに流体的に接続されており、蓄圧タンク１４で貯蔵された圧縮空気は空気配管１６ｃを介して膨張機１５に供給される。空気配管１６ｃには、圧縮空気の流れを許容または遮断するためのバルブ２１と、膨張側熱交換器（第２熱交換部）２２とが設けられている。バルブ２１を開閉することにより、蓄圧タンク１４から膨張機１５に圧縮空気を供給するか否かを変更できる。

膨張機１５は、本実施形態では、雌雄一対のスクリュロータを備えるスクリュ膨張機である。膨張機１５は、スクリュ膨張機以外の容量型の膨張機であってもよいし、ターボ型の膨張機であってもよい。

膨張機１５のスクリュロータには、発電機２３が機械的に接続されている。発電機２３は膨張機１５によって回転駆動されることで発電する。給気口１５ａから圧縮空気が給気された膨張機１５は、圧縮空気により作動し、発電機２３を駆動する。膨張機１５で膨張した空気は、排気口１５ｂから空気配管１６ｄを通じて外部に排気される。

以上のように、ＣＡＥＳ発電装置１では、蓄圧タンク１４から供給される圧縮空気で膨張機１５を作動させて発電機２３を回転駆動し、発電機２３で発電された電力を出力する（放電運転）。

熱媒配管系１２には、圧縮側熱交換器１９と、低温蓄熱部２７と、膨張側熱交換器２２と、高温蓄熱部４９とが設けられており、これらが熱媒配管２９ａ，２９ｂにより流体的に循環接続されている。熱媒配管系１２の内部には、熱媒（例えば水）が流れている。熱媒配管２９ａに設けられた熱媒ポンプ３１ａは、低温蓄熱部２７から圧縮側熱交換器１９へ熱媒を送る。熱媒配管２９ｂに設けられた熱媒ポンプ３１ｂは、高温蓄熱部４９から膨張側熱交換器２２へ熱媒を送る。

圧縮側熱交換器１９では、圧縮機１３から吐出された圧縮空気と、低温蓄熱部２７から供給される熱媒との熱交換が行われ、前者が降温し、後者が昇温する。降温した圧縮空気は蓄圧タンク１４に圧送され、昇温した熱媒は高温蓄熱部４９に送られる。圧縮空気を降温させることで、蓄圧タンク１４における圧縮空気エネルギー貯蔵効率を高められる。

膨張側熱交換器２２では、蓄圧タンク１４から膨張機１５に供給される圧縮空気と、高温蓄熱部４９から供給される熱媒との熱交換が行われ、前者が昇温し、後者が降温する。昇温した圧縮空気が膨張機１５に供給されることで、膨張機１５と発電機２３とによるエネルギー変換効率が高められる。降温した熱媒は低温蓄熱部２７に送られる。

高温蓄熱部４９は、高温熱媒タンク（熱媒タンク）５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅと、熱媒配管２９ａと熱媒配管２９ｂとを接続する熱媒流路５５と、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅと熱媒流路５５とを接続する熱媒流路５６Ａ～５６Ｅとを有する。高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅは例えば鋼製のタンクであり、外部から断熱されていることが好ましい。高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅには、圧縮側熱交換器１９で昇温した熱媒が貯蔵されている。本実施形態では５つの高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅが設けられているが、高温熱媒タンクの数は２以上の任意の数が設定され得る。

高温熱媒タンク５０Ａには、高温熱媒タンク５０Ａの熱媒温度を測定する温度センサ５１Ａと、高温熱媒タンク５０Ａの熱媒の液面高さを測定する液面センサ５２Ａとが設けられている。同様に、高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅには、高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅのそれぞれの熱媒温度を測定する温度センサ５１Ｂ～５１Ｅと、高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅのそれぞれの熱媒の液面高さを測定する液面センサ５２Ｂ～５２Ｅとが設けられている。

本実施形態では、液面センサ５２Ａ～５２Ｅによって、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅが満杯の状態であるか、または空の状態であるかが検出される。満杯の状態とは、例えば、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの容積の９５％であり、空の状態とは、例えば、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの容積の５％である。満杯の状態と空の状態とが、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの容積に対してどれくらいの割合であるかは任意に設定され得る。また、液面センサ５２Ａ～５２Ｅは、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの液面高さを常時検出してもよい。

また、熱媒が高温熱媒タンク５０Ａに流入または流出することを許容または遮断するための切換弁５３Ａが、熱媒流路５６Ａに設けられ、高温熱媒タンク５０Ａに流体的に接続されている。切換弁５３Ａを開閉することにより、熱媒が高温熱媒タンク５０Ａに流入するか否か、または高温熱媒タンク５０Ａから流出するか否かを変更できる。同様に、熱媒が高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅに流入または流出することを許容または遮断するための切換弁５３Ｂ～５３Ｅが、熱媒流路５６Ｂ～５６Ｅに設けられ、高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅに流体的に接続されている。

本実施形態では、切換弁５３Ａ～５３Ｅのうち２つ以上の切換弁が同時に開状態となるように制御されることはない。そのため、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのいずれか１つのみに熱媒が流入出するように、切換弁５３Ａ～５３Ｅは制御される。

熱媒流路２９ａには、熱媒の流れを許容または遮断するための開閉弁５４Ａが設けられ、熱媒流路２９ｂには、熱媒の流れを許容または遮断するための開閉弁５４Ｂが設けられている。開閉弁５４Ａを開状態とし、開閉弁５４Ｂを閉状態とすることにより、低温蓄熱部２７から高温蓄熱部４９に熱媒を供給できる。開閉弁５４Ａを閉状態とし、開閉弁５４Ｂを開状態とすることにより、高温蓄熱部４９から低温蓄熱部２７に熱媒を供給できる。

低温蓄熱部２７は、例えば鋼製のタンクである。低温蓄熱部２７には、膨張側熱交換器２２で降温した熱媒が貯蔵されている。

本実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、制御部６０を備える。制御部６０は、充電運転の指示を受けている際、温度センサ５１Ａ～５１Ｅの検出温度と、液面センサ５２Ａ～５２Ｅの検出液面高さとを受信し、後述の運転モードに基づいて切換弁５３Ａ～５３Ｅを制御する。すなわち、制御部６０は、圧縮機側熱交換器１９で熱交換された高温の熱媒を、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうちどのタンクに供給するかを制御する。具体的には、熱媒が供給されている熱媒タンクが満杯であることを、熱媒が供給されている熱媒タンクに設けられた液面センサが検出すると、制御部６０が、次に熱媒が供給される熱媒タンクに熱媒を供給するように、切換弁５３Ａ～５３Ｅを制御する

運転モードは、通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードを含む運転モード群から、発電需要の変動に応じて選択される。

発電需要は、発電設備２の発電に影響する自然条件の予測、季節、及び時間によって決定される。例えば、発電設備２が太陽光発電設備である場合、翌日の天気が曇りであれば放電運転による発電需要は大きくなる。また、例えば、春と夏とを比較すると、夏の方が空調設備の使用状況の違い等から放電運転による発電需要は大きくなる。また、例えば、昼と夜とを比較すると、昼の方が人の活動に伴う消費電力の違い等から放電運転による発電需要は大きくなる。このような自然条件の予測、季節、及び時間の組み合わせにより発電需要は変動する。

通常運転モードは、発電需要が相対的に大きいことが予想される場合に選択される。換言すると、図２に示すように、通常運転モードは、高温蓄熱部４９における熱媒量の変動幅が相対的に大きいことが予想される場合に選択される。そのため、後に詳述するが、通常運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの全てを使用して充電運転と放電運転とを行う。

充放電限定運転モードは、発電需要が相対的に小さいことが予想される場合に選択される。換言すると、図３に示すように、充放電限定運転モードは、高温蓄熱部４９における熱媒量の変動幅が相対的に小さいことが予想される場合に選択される。そのため、後に詳述するが、充放電限定運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの一部を使用することで充放電に使用する熱媒量を限定したうえで、充電運転と放電運転とを行う。

効率運転モードは、通常運転モードや充放電限定運転モードなどのように需要量を考慮した発電需要に応じて選択されるモードではなく、電力の販売価格を考慮した発電需要に応じて選択されるモードである。すなわち、電力の販売価格が高い時の販売機会を逸することなく、効率よく発電するモードである。そのため、後に詳述するが、効率運転モードでは、発電開始の段階から効率よく発電できるように、充電時に、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうち最も熱媒温度が高い高温熱媒タンクの熱媒温度を下げないように充電運転を行う。

図４から図６を参照に、充電運転時の通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードについて説明する。各運転モードでは、圧縮機側熱交換器１９で熱交換された高温の熱媒を各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅにどういった順序で供給するかが異なる。すなわち、図５及び図６を参照すると、各運転モードは、後述のステップＳ２のみが異なる。

図４を参照すると、本実施形態では、高温熱媒タンク５０Ａの熱媒温度はｔ１で、高温熱媒タンク５０Ｂの熱媒温度はｔ２で、高温熱媒タンク５０Ｃの熱媒温度はｔ３で、高温熱媒タンク５０Ｄの熱媒温度はｔ４で、高温熱媒タンク５０Ｅの熱媒温度はｔ５である。

各運転モードは、図５又は図６に示すフローチャートに従って動作する。充電運転が開始されると、切換弁５３Ａ～５３Ｅのいずれか１つが開状態となり、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのいずれか１つに熱媒が供給される。充電運転が終了すると、切換弁５３Ａ～５３Ｅの全てが閉状態となるか、または、放電運転が開始され、切換弁５３Ａ～５３Ｅのいずれか１つが開状態となり、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのいずれか１つから熱媒が流出する。

（通常運転モード）
通常運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの全部のうち検出温度が最も低い熱媒タンクから、検出温度が低い順に熱媒を貯蔵する。すなわち、ステップＳ１において、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの熱媒温度を取得した後、ステップＳ２において、圧縮機側熱交換器１９で熱交換された高温の熱媒を供給する順序Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５が決定される。順序Ｒ１から、順序Ｒ２、順序Ｒ３、順序Ｒ４、及び順序Ｒ５の順に高温熱媒が供給される。

本実施形態では、高温熱媒タンク５０Ａには順序Ｒ１で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｂには順序Ｒ３で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｃには順序Ｒ５で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｄには順序Ｒ２で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｅには順序Ｒ４で熱媒が供給される。

ステップＳ３において、液面センサ５２Ａは、順序Ｒ１の高温熱媒タンク５０Ａが満杯の状態か否かを検出する。順序Ｒ１の高温熱媒タンク５０Ａが満杯の状態でなければ、ステップＳ４において、制御部６０が充電運転の指示を受けているかを確認する。充電運転の指示を受けている場合、ステップＳ５において、切換弁５３Ａが開状態に制御され、高温熱媒タンク５０Ａと熱媒流路５５とが連通し、高温熱媒タンク５０Ａに熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ａが満杯の状態になるまで、ステップＳ３からＳ５までの制御が常に行われる。高温熱媒タンク５０Ａに熱媒が供給されている間に、充電運転から放電運転に切り替えられる場合など、ステップＳ４において、制御部６０が充電運転の指示を受けていないことが確認されると、充電運転は終了する。

充電運転が継続しており、順序Ｒ１の高温熱媒タンク５０Ａが満杯の状態であれば、ステップＳ６において、液面センサ５２Ｄは、順序Ｒ２の高温熱媒タンク５０Ｄが満杯の状態か否かを検出する。順序Ｒ２の高温熱媒タンク５０Ｄが満杯の状態でなければ、ステップＳ７において、制御部６０が充電運転の指示を受けているかを確認する。充電運転の指示を受けている場合、ステップＳ８において、切換弁５３Ｄが開状態に制御され、高温熱媒タンク５０Ｄと熱媒流路５５とが連通し、高温熱媒タンク５０Ｄに熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｄが満杯の状態になるまで、ステップＳ６からＳ８までの制御が常に行われる。高温熱媒タンク５０Ｄに熱媒が供給されている間に、充電運転から放電運転に切り替えられる場合など、ステップＳ７において、制御部６０が充電運転の指示を受けていないことが確認されると、充電運転は終了する。

充電運転が継続しており、順序Ｒ２の高温熱媒タンク５０Ｄが満杯の状態であれば、ステップＳ９において、液面センサ５２Ｂは、順序Ｒ３の高温熱媒タンク５０Ｂが満杯の状態か否かを検出する。順序Ｒ３の高温熱媒タンク５０Ｂが満杯の状態でなければ、ステップＳ１０において、制御部６０が充電運転の指示を受けているかを確認する。充電運転の指示を受けている場合、ステップＳ１１において、切換弁５３Ｂが開状態に制御され高温熱媒タンク５０Ｂと熱媒流路５５とが連通し、高温熱媒タンク５０Ｂに熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｂが満杯の状態になるまで、ステップＳ９からＳ１１までの制御が常に行われる。高温熱媒タンク５０Ｂに熱媒が供給されている間に、充電運転から放電運転に切り替えられる場合など、ステップＳ１０において、制御部６０が充電運転の指示を受けていないことが確認されると、充電運転は終了する。

充電運転が継続しており、順序Ｒ３の高温熱媒タンク５０Ｂが満杯の状態であれば、ステップＳ１２において、液面センサ５２Ｅは、順序Ｒ４の高温熱媒タンク５０Ｅが満杯の状態か否かを検出する。順序Ｒ４の高温熱媒タンク５０Ｅが満杯の状態でなければ、ステップＳ１３において、制御部６０が充電運転の指示を受けているかを確認する。充電運転の指示を受けている場合、ステップＳ１４において、切換弁５３Ｅが開状態に制御され高温熱媒タンク５０Ｅと熱媒流路５５とが連通し、高温熱媒タンク５０Ｅに熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｅが満杯の状態になるまで、ステップＳ１２からＳ１４までの制御が常に行われる。高温熱媒タンク５０Ｅに熱媒が供給されている間に、充電運転から放電運転に切り替えられる場合など、ステップＳ１３において、制御部６０が充電運転の指示を受けていないことが確認されると、充電運転は終了する。

充電運転が継続しており、順序Ｒ４の高温熱媒タンク５０Ｅが満杯の状態であれば、ステップＳ１５において、液面センサ５２Ｃは、順序Ｒ５の高温熱媒タンク５０Ｃが満杯の状態か否かを検出する。順序Ｒ５の高温熱媒タンク５０Ｃが満杯の状態でなければ、ステップＳ１６において、制御部６０が充電運転の指示を受けているかを確認する。充電運転の指示を受けている場合、ステップＳ１７において、切換弁５３Ｃが開状態に制御され高温熱媒タンク５０Ｃと熱媒流路５５とが連通し、高温熱媒タンク５０Ｃに熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｃが満杯の状態になるまで、ステップＳ１５からＳ１７までの制御が常に行われる。高温熱媒タンク５０Ｃに熱媒が供給されている間に、充電運転から放電運転に切り替えられる場合など、ステップＳ１６において、制御部６０が充電運転の指示を受けていないことが確認されると、充電運転は終了する。また、高温熱媒タンク５０Ｅが満杯の状態になった場合も、充電運転は終了する。

前述の通り、本実施形態では、切換弁５３Ａ～５３Ｅのうち２つ以上の切換弁が同時に開状態となるように制御されることはない。そのため、順序Ｒ１の高温熱媒タンク５０Ａに熱媒が供給されている間に、他の高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅに熱媒が供給されることはない。順序Ｒ２～Ｒ５の高温熱媒タンク５０Ｂ～５０Ｅに関しても同様である。

（充放電限定運転モード）
図４及び図６を参照すると、充放電限定運転モードでは、検出温度が最も高い熱媒タンクを含む高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの一部のうち検出温度が最も低い熱媒タンクから、検出温度が低い順に熱媒を貯蔵する。本実施形態では、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの一部として、熱媒温度が高い順に高温熱媒タンク５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｅが選択される。高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの一部として、熱媒温度が低い順に選択してもよく、ランダムに選択してもよい。また、選択される高温熱媒タンクの数は任意に設定され得る。

ステップＳ１において、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの熱媒温度を取得した後、ステップＳ２において、圧縮機側熱交換器１９で熱交換された高温の熱媒を供給する順序Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が決定される。順序Ｒ１から、順序Ｒ２、及び順序Ｒ３の順に高温熱媒が供給される。

本実施形態では、高温熱媒タンク５０Ｂには順序Ｒ１で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｃには順序Ｒ３で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｅには順序Ｒ２で熱媒が供給される。

ステップＳ３～ステップＳ１１は通常運転モードと実質的に同じであるため、説明を省略する。

（効率運転モード）
図４及び図５を参照すると、効率運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの全部に対して、検出温度が最も高い熱媒タンクから、検出温度が高い順に熱媒を貯蔵する。すなわち、ステップＳ１において、各高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの熱媒温度を取得した後、ステップＳ２において、圧縮機側熱交換器１９で熱交換された高温の熱媒を供給する順序Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５が決定される。順序Ｒ１から、順序Ｒ２、順序Ｒ３、順序Ｒ４、及び順序Ｒ５の順に高温熱媒が供給される。

本実施形態では、高温熱媒タンク５０Ａには順序Ｒ５で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｂには順序Ｒ３で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｃには順序Ｒ１で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｄには順序Ｒ４で熱媒が供給される。高温熱媒タンク５０Ｅには順序Ｒ２で熱媒が供給される。

ステップＳ３～ステップＳ１７は通常運転モードと実質的に同じであるため、説明を省略する。

放電運転時には運転モードに関わらず、熱媒は、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうち最も熱媒温度が高いタンクから膨張側熱交換器２２に供給される。

本実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードに切り替えられる。

通常運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている高温熱媒タンクから順に圧縮機側熱交換器１９で熱交換された熱媒が供給される。そのため、全ての高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。また、通常運転モードでは、全ての高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅが使用されるため、発電需要が大きい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

充放電限定運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうち一部の高温熱媒タンクを優先的に使用し、一部の高温熱媒タンクのうち最も低温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから熱媒温度の低い順に圧縮機側熱交換器１９で熱交換された熱媒が供給される。そのため、一部の熱媒タンクの熱媒温度が一定以下に低下する可能性が低減され得る。従って、発電需要が小さい場合に、その発電需要を満たしつつ熱媒の温度低下を抑制することで効率的に発電することができる。

効率運転モードでは、高温熱媒タンク５０Ａ～５０Ｅのうち最も高温の熱媒が貯蔵されている熱媒タンクから熱媒温度の高い順に圧縮機側熱交換器１９で熱交換された熱媒が供給される。そのため、高温熱媒が貯蔵された熱媒タンクは常に高温に維持され、電力の販売価格が高い時の販売機会を逸しないように、発電開始の段階から効率よく発電できる。

以上より、発電需要に基づいて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。また、通常運転モード、充放電限定運転モード、及び効率運転モードの３つの運転モードを有するため、需要量を考慮した発電需要と、売電価格を考慮した発電需要とに応じて効率的に発電できる。

また、高温熱媒タンクに対して定量まで熱媒が貯蔵されると、切換弁が切り換わり、熱媒が次の高温熱媒タンクに順に貯蔵され得る。

また、発電需要に応じて最適な運転モードを選択できるため、効率的に発電することができる。発電需要は、自然条件の予測、季節、及び時間によって異なる。そのため、その発電需要に応じて運転モードを選択することで、再生可能エネルギーを利用した発電によって貯蔵された熱エネルギーを効率的に利用することができる。

以上より、本実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、発電需要の変動に起因する熱媒の温度低下を抑制し効率的に発電できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、運転モード群には、通常運転モードと充放電限定運転モードとが含まれ、運転モードは、通常運転モードと充放電限定運転モードとのいずれかから選択される。これに関する以外は、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。

第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１では、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モードと充放電限定運転モードとに切り替えられる。そのため、需要量を考慮した発電需要に応じて、効率的に発電できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、運転モード群には、通常運転モードと効率運転モードとが含まれ、運転モードは、通常運転モードと効率運転モードとのいずれかから選択される。これに関する以外は、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。

第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１では、発電需要に基づいて運転モードが通常運転モードと効率運転モードとに切り替えられる。そのため、需要量を考慮した発電需要と、売電価格を考慮した発電需要とに応じて効率的に発電できる。

図７は、ＣＡＥＳ発電装置１の代案を示す。この代案では、圧縮機１３と膨張機１５（図１参照）とに代えて圧縮機兼膨張機４１を採用している。つまり、圧縮機１３と膨張機１５とを一つの圧縮機兼膨張機４１で兼用するよう構成されている。また、この代案では、電動機１７と発電機２３（図１参照）とに代えて、同期機４２（本発明においては、永久磁石を用いた回転機を含む。以下、同様。）を採用している。つまり、電動機１７と発電機２３とを一つの同期機４２で兼用するよう構成されている。さらに、この代案では、圧縮側熱交換器１９と膨張側熱交換器２２とに代えて、熱交換器４３を採用している。つまり、圧縮側熱交換器１９と膨張側熱交換器２２とが同一の熱交換器４３で構成されている。さらに、この代案では、開閉弁５４Ａ，５４Ｂが設けられていない。

充電運転時には、再生可能エネルギー発電設備１８からの変動する入力電力によって同期機４２を作動させて圧縮機兼膨張機４１を回転駆動し、それによって生成された圧縮空気を蓄圧タンク１４に蓄える。また、蓄圧タンク１４に送られる圧縮空気と、熱媒ポンプ４４によって低温蓄熱部２７から高温蓄熱部４９に送られる熱媒とは、熱交換器４３において熱交換することで、前者が降温し、後者が昇温する。

放電運転時には、蓄圧タンク１４から供給される圧縮空気で圧縮機兼膨張機４１を作動させて同期機４２を回転駆動し、同期機４２で発電された電力を電力系統２に出力する。また、圧縮機兼膨張機４１に送られる圧縮空気と、熱媒ポンプ４４によって高温蓄熱部４９から低温蓄熱部２７に送られる熱媒とは、熱交換器４３において熱交換することで、前者が昇温し、後者が降温する。

１ 圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２ 再生可能エネルギー発電設備（発電設備）
１１ 空気配管系
１２ 熱媒配管系
１３ 圧縮機
１３ａ 吸込口
１３ｂ 吐出口
１４ 蓄圧タンク
１５ 膨張機
１５ａ 給気口
１５ｂ 排気口
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 空気配管
１７ 電動機
１９ 圧縮側熱交換器
２１ バルブ
２２ 膨張側熱交換器
２３ 発電機
２７ 低温蓄熱部
２９ａ，２９ｂ 熱媒配管
３１ａ，３１ｂ 熱媒ポンプ
４１ 圧縮機兼膨張機
４２ 同期機
４３ 熱交換器
４４ 熱媒ポンプ
４９ 高温蓄熱部
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ 高温熱媒タンク（熱媒タンク）
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ 温度センサ
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ 液面センサ
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ 切換弁
５４Ａ，５４Ｂ 開閉弁
５５ 熱媒流路
５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄ，５６Ｅ 熱媒流路
６０ 制御部

Claims (6)

1. 変動する入力電力により駆動される電動機と、
   前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機と流体的に接続され、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、
   前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、
   前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
   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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、
   前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、
   前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、
   前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部と
   を備え、
   前記運転モード群は、
   前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、
   前記検出温度が最も高い熱媒タンクを含む前記複数の熱媒タンクの一部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する充放電限定運転モードと、
   前記検出温度が最も高い熱媒タンクから、前記検出温度が高い順に前記熱媒を貯蔵する効率運転モードと
   を含む、圧縮空気貯蔵発電装置。
2. 変動する入力電力により駆動される電動機と、
   前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機と流体的に接続され、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、
   前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、
   前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
   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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、
   前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、
   前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、
   前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部と
   を備え、
   前記運転モード群は、
   前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、
   前記検出温度が最も高い熱媒タンクを含む前記複数の熱媒タンクの一部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する充放電限定運転モードと
   を含む、圧縮空気貯蔵発電装置。
3. 変動する入力電力により駆動される電動機と、
   前記電動機と機械的に接続され、空気を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機と流体的に接続され、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、
   前記蓄圧部と流体的に接続され、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る膨張機と、
   前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
   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、前記熱媒を昇温させる第１熱交換部と、
   前記第１熱交換部と流体的に接続され、前記第１熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する複数の熱媒タンクを有する高温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクに流体的にそれぞれ接続され、前記熱媒が前記複数の熱媒タンクのそれぞれに対する前記熱媒の流入出を許容または遮断するための複数の切換弁と、
   前記高温蓄熱部と流体的に接続され、前記高温蓄熱部から供給される前記熱媒と、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で熱交換し、前記圧縮空気を昇温させる第２熱交換部と、
   前記第２熱交換部と流体的に接続され、前記第２熱交換部での熱交換後の前記熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
   前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の温度を検出する複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサの検出温度と、発電需要の変動に応じて運転モード群から選択される運転モードとに基づいて前記複数の切換弁を制御する制御部と
   を備え、
   前記運転モード群は、
   前記複数の熱媒タンクの全部のうち前記検出温度が最も低い熱媒タンクから、前記検出温度が低い順に前記熱媒を貯蔵する通常運転モードと、
   前記検出温度が最も高い熱媒タンクから、前記検出温度が高い順に前記熱媒を貯蔵する効率運転モードと
   を含む、圧縮空気貯蔵発電装置。
4. 前記複数の熱媒タンクのそれぞれに貯蔵されている前記熱媒の液面高さを検出する複数の液面センサを備え、
   前記複数の液面センサが、前記熱媒が供給されている熱媒タンクが満杯であることを検出すると、前記制御部が、次に前記熱媒が供給される熱媒タンクに前記熱媒を供給するように、前記複数の切換弁を制御する、請求項１から３のいずれかに記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
5. 前記変動する入力電力は、再生可能エネルギー発電設備によって得られる電力を含み、
   前記発電需要は、前記再生可能エネルギー発電設備の発電に影響する自然条件の予測と、季節と、時間とによって決定される、請求項１から４のいずれかに記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
6. 前記電動機と前記発電機とを一つの同期機で兼用するよう構成され、前記圧縮機と前記膨張機とを一つの圧縮機兼膨張機で兼用するよう構成されている請求項１から５のいずれかに記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

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