JP6689616B2 - 圧縮空気貯蔵発電装置および圧縮空気貯蔵発電方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置および圧縮空気貯蔵発電方法に関する。

風力発電や太陽光発電など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、出力が変動し安定しないことがある。このような出力変動に対し、出力を平準化するシステムとして圧縮空気貯蔵（Compressed Air Energy Storage：ＣＡＥＳ）システムが知られている。

このＣＡＥＳシステムを利用した圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置は、電力プラントのオフピーク時間中に電気エネルギーを圧縮空気として蓄圧タンクに蓄え、高電力需要時間中に圧縮空気により膨張機を駆動して発電機を動作させて電気エネルギーを生成して出力を平準化する。また、発電効率を向上させるために、圧縮熱を蓄熱媒体に回収し、蓄熱タンク等に貯蔵し、回収した圧縮熱を用いて膨張前の圧縮空気を加熱するシステムが知られている。これにより、圧縮時の動力増加を防止し、膨張時の回収動力を増加させると同時に、蓄圧タンク貯蔵時の熱放出を防止するものがある。

このようなＣＡＥＳ発電装置として、例えば特許文献１には、熱エネルギー貯蔵システムを利用したものが開示されている。

特表２０１３−５０９５３０号公報

空気圧縮機には潤滑油が混入したままで空気を圧縮する油冷式と呼ばれるものと、潤滑油を用いないタイプのオイルフリー式と呼ばれるものがある。特許文献１には圧縮機の種類についての記載がないものの、ＣＡＥＳシステムには、圧縮空気の取り扱い易さの面からオイルフリー式圧縮機が用いられることが多い。油冷式圧縮機ないし油冷式膨張機を用いた場合、運転には設定温度範囲内に温度調整された潤滑油を要するが、特許文献１は、潤滑油の効率的な温度調整について特段の示唆を含んでいない。

本発明は、油冷式圧縮機を使用したＣＡＥＳ発電装置において、潤滑油を効率的に温度調整することを課題とする。

本発明の第１の態様の圧縮空気貯蔵発電装置は、再生可能エネルギーを用いて発電した第１電力により駆動される電動機と、前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、前記膨張機により駆動されて第２電力を発電する発電機と、前記油冷式圧縮機における熱を潤滑油および熱媒に回収する第１熱交換部と、前記第１熱交換部で熱を回収した潤滑油および熱媒を蓄える蓄熱部と、前記蓄熱部で蓄えられた潤滑油および熱媒により前記膨張機に供給される圧縮空気を加熱する第２熱交換部と、前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を蓄える蓄油部と、前記蓄油部内の潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出部と、少なくとも前記膨張機から排気された空気により前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を冷却する第３熱交換部を有する潤滑油冷却部と、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却するか否かを切り替える切替部と、前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が設定温度以上の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替える制御装置とを備える。

特に、前記制御装置は、前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が前記設定温度以上の場合、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替えることが好ましい。

この構成によれば、潤滑油冷却部により潤滑油の温度を設定温度範囲内に調整でき、好ましくは第３熱交換部により膨張機から排気される排気空気の冷熱を利用することで潤滑油を効率的に冷却して潤滑油の温度を設定温度範囲内に調整できる。圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置では、膨張前の空気温度が低い場合、膨張後の排気空気の温度が膨張吸熱により氷点下まで低下することがある。特に油冷式圧縮機を使用する場合、油冷式圧縮機に供給される潤滑油により吐出する圧縮空気の温度が低下するため高温の圧縮熱を回収できない。そのため、特許文献１のＣＡＥＳ発電装置のように回収した圧縮熱を利用して膨張前の圧縮空気を加熱しても圧力によっては膨張後の排気空気の温度は氷点下まで低下する。この排気空気の冷熱を第３熱交換部で利用することで外部から冷熱を要することなく効率的に潤滑油を冷却している。また、簡易な構成で潤滑油を冷却できるため、ＣＡＥＳ発電装置の構成が複雑化することを防止できる。

前記潤滑油冷却部は、前記蓄油部内の潤滑油を冷却するクーラをさらに備え、前記切替部は、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却するか否か、または、前記クーラにより潤滑油を冷却するかを切り替え、前記制御装置は、前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が前記設定温度以上の場合、前記第３熱交換部または前記クーラで潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替えることが好ましい。

第３熱交換部に加えてクーラをさらに備えることで、膨張機が駆動されず排気空気の冷熱が存在しない場合でも、クーラを利用して潤滑油を冷却できる。

前記制御装置は、前記第１電力が供給され、かつ前記第２電力が生成されている場合、前記クーラまたは前記第３熱交換部で潤滑油を冷却し、前記第１電力が供給され、かつ前記第２電力が生成されていない場合、前記クーラで潤滑油を冷却し、前記第１電力が供給されず、かつ前記第２電力が生成されている場合、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却し、前記第１電力が供給されず、かつ前記第２電力が生成されていない場合、前記クーラで潤滑油を冷却するかまたは待機するように前記切替部を切り替えることが好ましい。

ＣＡＥＳ発電装置の運転状態に応じて切替部を適切に制御することで、最適効率で潤滑油を冷却できる。

本発明の第２の態様の圧縮空気貯蔵発電方法は、再生可能エネルギーを用いて発電した電力により油冷式圧縮機を駆動して空気を圧縮し、前記油冷式圧縮機で製造した圧縮空気を貯蔵し、前記貯蔵した圧縮空気により膨張機を駆動して発電し、前記油冷式圧縮機で発生した熱を潤滑油および熱媒に回収し、熱回収した前記潤滑油および前記熱媒を貯蔵し、前記貯蔵した前記潤滑油および前記熱媒により前記膨張機に供給される前記圧縮空気を加熱し、前記膨張機に供給される前記圧縮空気の加熱に利用された前記潤滑油を蓄油部に貯蔵し、前記蓄油部内の前記潤滑油の温度を検出し、前記膨張機から排気された空気により前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を冷却するか否かを切り替えることを含む。

本発明によれば、油冷式圧縮機を使用したＣＡＥＳ発電装置において、膨張機から排気される排気空気の冷熱を利用して潤滑油を冷却するため、圧縮機に供給される潤滑油を効率的に温度調整できる。

本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。 図１の圧縮空気貯蔵発電装置の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。 図３の圧縮空気貯蔵発電装置の制御方法を示すフローチャート。

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）
圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置２は、再生可能エネルギーを利用する発電装置４の出力変動を平準化して電力系統６に電力を供給するとともに、電力系統６における電力需要の変動に合わせた電力を供給する。

図１を参照して、ＣＡＥＳ発電装置２の構成を説明する。本実施形態のＣＡＥＳ発電装置２は、空気流路８ａ〜８ｄ（破線で示す）と熱媒流路１０ａ〜１０ｄ（実線で示す）と潤滑油流路１２ａ〜１２ｅ（一点鎖線で示す）とを有する。

空気流路８ａ〜８ｄについて説明する。

空気流路８ａ〜８ｄには、モータ（電動機）１４で駆動される油冷式圧縮機（以降、単に圧縮機という場合がある）１６、油分離器１８ａ，１８ｂ、蓄圧タンク（蓄圧部）２０、発電機２２を駆動する膨張機２４、圧縮側熱交換部（第１熱交換部）２６、膨張側熱交換部（第２熱交換部）２８、および排気側熱交換器（第３熱交換部）３６が設けられている。圧縮側熱交換部２６は圧縮側熱交換器２６ａを含み、膨張側熱交換部２８は膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂを含む。

再生可能エネルギーを利用する発電装置４は、入力電力切替機構３０を介してモータ１４および後述のクーラ３２と電気的に接続されている（二点鎖線で示す）。発電装置４により発電された電力はモータ１４またはクーラ３２に供給される。モータ１４は圧縮機１６に機械的に接続されており、モータ１４の駆動に伴い圧縮機１６が駆動される。

圧縮機１６は、油冷式であり、供給された潤滑油により冷却および潤滑される。圧縮機１６は、モータ１４によって駆動されると、空気流路８ａを介して吸気口１６ａより空気を吸気し、内部で圧縮して吐出口１６ｂより圧縮空気を吐出する。圧縮機１６の吐出口１６ｂは空気流路８ｂを通じて蓄圧タンク２０と流体的に接続されており、吐出口１６ｂから吐出された圧縮空気は、空気流路８ｂを通じて蓄圧タンク２０に圧送される。空気流路８ｂにはバルブ３４ａが設けられており、バルブ３４ａの開閉により圧縮機１６から蓄圧タンク２０への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。なお、圧縮機１６の種類は油冷式であれば特に限定されず、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。

圧縮機１６の吐出口１６ｂから蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂには、油分離器１８ａが介設されている。油冷式圧縮機１６を使用すると、吐出口１６ｂから油分を含む圧縮空気が吐出される。油分離器１８ａは、吐出された圧縮空気から油分を分離する。

また、油分離器１８ａは、空気流路８ｂ内を流れる圧縮空気から分離した油分の蓄積部である油溜まり（図示せず）を備え、この油溜まりは後述の潤滑油流路１２ａに流体的に接続されている。油分離器１８ａで圧縮空気から分離された油は潤滑油として潤滑油流路１２ａに供給される。

圧縮機１６の吐出口１６ｂから蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂには冷却器として圧縮側熱交換器２６ａが介設されている。圧縮側熱交換器２６ａに供給される圧縮空気は圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となる。圧縮側熱交換器２６ａでは、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は冷却され、熱媒は加熱されている。

蓄圧タンク２０は、圧縮空気を蓄えてエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク２０には、上述のように油分離器１８ａにより油分が分離された圧縮空気が供給される。蓄圧タンク２０は、空気流路８ｃを通じて膨張機２４と流体的に接続されており、蓄圧タンク２０から送出された圧縮空気は空気流路８ｃを通じて膨張機２４に供給される。空気流路８ｃにはバルブ３４ｂが設けられており、バルブ３４ｂの開閉により蓄圧タンク２０から膨張機２４への圧縮空気の供給を許容又は遮断できる。

また、蓄圧タンク２０から膨張機２４の給気口２４ａに延びる空気流路８ｃには、膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂが介設されている。膨張側第１熱交換器２８ａでは、潤滑油と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は加熱され、潤滑油は冷却されている。膨張側第２熱交換器２８ｂでは、熱媒と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は加熱され、熱媒は冷却されている。

膨張機２４は、油冷式であり、潤滑油の供給により冷却および潤滑される。膨張機２４は、発電機２２と機械的に接続されており、給気口２４ａから圧縮空気を給気された膨張機２４は、給気された圧縮空気により作動し、発電機２２を駆動する。発電機２２は電力系統６に電気的に接続されており（二点鎖線で示す）、発電機２２で発電した電力は電力系統６に供給される。また、膨張機２４で膨張された空気は、排気口２４ｂから空気流路８ｄを通じて排気される。空気流路８ｄには油分離器１８ｂが設けられており、排気口２４ｂから排出された空気は油分離器１８ｂによって油分が除去される。膨張機２４の種類は、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、およびレシプロ式などであってもよい。さらに言えば、膨張機２４は油冷式に限定されず、オイルフリー式であってもよい。膨張機２４がオイルフリー式の場合、油分離器１８ｂは省略される。

膨張機２４の排気口２４ｂから延びる空気流路８ｄには、加熱器として排気側熱交換器３６が設けられている。排気側熱交換器３６に供給される空気は膨張の際の吸熱により低温となる。従って、排気側熱交換器３６では、潤滑油と圧縮空気の間の熱交換により、圧縮空気は加熱され、潤滑油は冷却されている。

熱媒流路１０ａ〜１０ｄについて説明する。

熱媒流路１０ａ〜１０ｄには、圧縮側熱交換器２６ａ、高温熱媒タンク（蓄熱部）３８、膨張側第２熱交換器２８ｂ、および低温熱媒タンク４０が順に設けられている。熱媒はこれらの間で循環して流動している。熱媒の種類は特に限定されておらず、例えばグリコール系の熱媒を使用してもよい。

圧縮側熱交換器２６ａでは、油冷式圧縮機１６から蓄圧タンク２０に延びる空気流路８ｂ内の圧縮空気と、低温熱媒タンク４０から高温熱媒タンク３８に延びる熱媒流路１０ａ，１０ｄ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、空気流路８ｂ内を流れる圧縮空気は、圧縮機１６での圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっており、圧縮側熱交換器２６ａでの熱交換により、圧縮空気を冷却している。即ち、圧縮側熱交換器２６ａでは圧縮空気の温度は低下し、熱媒の温度は上昇する。圧縮側熱交換器２６ａは熱媒流路１０ａを通じて高温熱媒タンク３８と流体的に接続されており、温度上昇した熱媒は高温熱媒タンク３８に供給され蓄えられる。

高温熱媒タンク３８は、圧縮側熱交換器２６ａから供給された高温の熱媒を保温して蓄える。そのため、高温熱媒タンク３８は断熱されていることが好ましい。高温熱媒タンク３８は、熱媒流路１０ｂを通じて膨張側第２熱交換器２８ｂに流体的に接続されており、高温熱媒タンク３８で蓄えられた熱媒は熱媒流路１０ｂを通じて膨張側第２熱交換器２８ｂに供給される。

膨張側第２熱交換器２８ｂでは、蓄圧タンク２０から膨張機２４に延びる空気流路８ｃ内の圧縮空気と、高温熱媒タンク３８から低温熱媒タンク４０に延びる熱媒流路１０ｂ，１０ｃ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、高温熱媒タンク３８内の高温の熱媒を利用して膨張機２４による膨張の前に圧縮空気の温度を上昇させて発電効率（膨張効率）を向上させている。即ち、膨張側第２熱交換器２８ｂでは、圧縮空気の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。膨張側第２熱交換器２８ｂは熱媒流路１０ｃを通じて低温熱媒タンク４０に流体的に接続されており、温度低下した熱媒は熱媒流路１０ｃを通じて低温熱媒タンク４０に供給され蓄えられる。

低温熱媒タンク４０は、膨張側第２熱交換器２８ｂから供給された低温の熱媒を蓄える。低温熱媒タンク４０は熱媒流路１０ｄを通じて圧縮側熱交換器２６ａに流体的に接続されており、低温熱媒タンク４０で蓄えられた熱媒は熱媒流路１０ｄを通じて圧縮側熱交換器２６ａに供給される。

このように熱媒流路１０ａ〜１０ｄでは、熱媒が循環している。熱媒の循環は、熱媒流路１０ｄに介設されたポンプ４２ａによりなされている。本実施形態では、ポンプ４２ａは低温熱媒タンク４０の下流に設けられているが、その位置は特に限定されない。

潤滑油流路１２ａ〜１２ｅについて説明する。

潤滑油流路１２ａ〜１２ｅには、圧縮機１６、高温潤滑油タンク（蓄熱部）４４、膨張側第１熱交換器２８ａ、および低温潤滑油タンク（蓄油部）４６が順に設けられている。潤滑油はこれらの間で循環して流動している。潤滑油の種類は特に限定されておらず、例えば鉱物油系の潤滑油を使用してもよい。

膨張側第１熱交換器２８ａでは、蓄圧タンク２０から膨張機２４に延びる空気流路８ｃ内の圧縮空気と、高温潤滑油タンク４４から低温潤滑油タンク４６に延びる潤滑油流路１２ｂ，１２ｃ内の潤滑油とで熱交換している。具体的には、空気流路８ｃ内を流れる圧縮空気は、潤滑油との熱交換により加熱されている。即ち、膨張側第１熱交換器２８ａでは圧縮空気の温度は上昇し、潤滑油の温度は低下する。膨張側第１熱交換器２８ａは潤滑油流路１２ｃを通じて低温潤滑油タンク４６と流体的に接続されており、温度低下した潤滑油は低温潤滑油タンク４６に供給され蓄えられる。

低温潤滑油タンク４６は、膨張側第１熱交換器２８ａから供給された低温の潤滑油を蓄える。低温潤滑油タンク４６には、内部の潤滑油の温度を測定するための温度センサ（潤滑油温度検出部）４８が設けられている。温度センサ４８で測定された潤滑油の温度値は、後述の制御装置５０に出力される。また、低温潤滑油タンク４６には、内部の潤滑油を冷却するためのクーラ３２が設けられている。本実施形態のクーラ３２は、入力電力切替機構３０を介して発電装置４から電力を供給されて作動する。低温潤滑油タンク４６は、潤滑油流路１２ｄを通じて膨張機２４に流体的に接続されており、低温潤滑油タンク４６で蓄えられた潤滑油は潤滑油流路１２ｄを通じて膨張機２４に供給される。

膨張機２４では、潤滑油流路１２ｄを通じて供給された低温の潤滑油によって内部の膨張要素が潤滑および冷却される。本実施形態ではスクリュ式の膨張機２４を使用しているため、例えば内部の膨張要素はスクリュロータ（図示せず）である。ここで、潤滑及び加熱に使用された潤滑油は、膨張要素における冷熱等を受けて温度が低下する。膨張機２４で使用された潤滑油は、潤滑油流路１２ｄを通じて排気側熱交換器３６に供給される。

排気側熱交換器３６では、膨張機２４の排気口２４ｂから延びる空気流路８ｄ内の空気と、膨張機２４から低温潤滑油タンク４６に延びる潤滑油流路１２ｄ内の潤滑油とで熱交換している。具体的には、潤滑油流路１２ｄ内を流れる潤滑油は、排気空気との熱交換により冷却されている。即ち、排気側熱交換器３６では潤滑油の温度は低下し、空気の温度は上昇する。排気側熱交換器３６は潤滑油流路１２ｄを通じて低温潤滑油タンク４６と流体的に接続されており、温度低下した潤滑油は低温潤滑油タンク４６に供給され蓄えられる。

本実施形態では、クーラ３２および排気側熱交換器３６により低温潤滑油タンク４６内の潤滑油を冷却するため、クーラ３２および排気側熱交換器３６が本発明の潤滑油冷却部を構成する。

また、低温潤滑油タンク４６は、潤滑油流路１２ｅを通じて圧縮機１６に流体的に接続されており、低温潤滑油タンク４６で蓄えられた熱媒は潤滑油流路１２ｅを通じて圧縮機１６に供給される。

圧縮機１６では、潤滑油流路１２ｅを通じて供給された低温の潤滑油によって内部の圧縮要素が潤滑および冷却される。本実施形態ではスクリュ式の圧縮機１６を使用しているため、例えば内部の圧縮要素はスクリュロータ（図示せず）である。ここで、潤滑及び冷却に使用された潤滑油は、圧縮要素における暖熱等を受けて温度が上昇する。圧縮機１６は潤滑油流路１２ａを通じて高温潤滑油タンク４４に流体的に接続されており、圧縮機１６で温度上昇した潤滑油は潤滑油流路１２ａを通じて高温潤滑油タンク４４に供給される。このように、圧縮機１６内で潤滑油を加熱、即ち潤滑油に熱回収しているため、本実施形態の圧縮機１６は本発明の圧縮側熱交換部２６に含まれる。

高温潤滑油タンク４４は、圧縮機１６から供給された高温の潤滑油を保温して蓄える。そのため、高温潤滑油タンク４４は断熱されていることが好ましい。高温潤滑油タンク４４は、潤滑油流路１２ｂを通じて膨張側第１熱交換器２８ａに流体的に接続されており、高温潤滑油タンク４４で蓄えられた熱媒は潤滑油流路１２ｂを通じて膨張側第１熱交換器２８ａに供給される。

このように潤滑油流路１２ａ〜１２ｅでは、潤滑油が循環している。潤滑油の循環は、潤滑油流路１２ｄ，１２ｅに介設されたポンプ４２ｂ，４２ｃによりなされている。本実施形態では、ポンプ４２ｂ，４２ｃは低温潤滑油タンク４６の下流に設けられているが、その位置は特に限定されない。

このように、空気流路８ａ〜８ｄ、熱媒流路１０ａ〜１０ｄ、および潤滑油流路１２ａ〜１２ｅの３つの流路構成によれば、油冷式圧縮機１６における圧縮熱や摩擦熱などを圧縮側熱交換部２６により高温熱媒タンク３８および高温潤滑油タンク４４に回収し、膨張側熱交換部２８により膨張前の圧縮空気を加熱することで充放電効率を向上できる。具体的には、圧縮側熱交換部２６において蓄圧タンク２０への圧縮空気の貯蔵前に熱媒で圧縮熱を回収することで、貯蔵する圧縮空気の温度が低下して密度が増加するため、蓄圧タンク２０内の圧縮空気量が増加し、充電効率（圧縮効率）が向上している。さらに、圧縮熱を回収した熱媒および摩擦熱を回収した潤滑油を膨張側熱交換部２８において膨張前の圧縮空気の加熱に使用することで発電効率（膨張効率）が向上している。

特に、空気流路８ｃにおける膨張側第１熱交換器２８ａおよび膨張側第２熱交換器２８ｂの配置については、潤滑油用の膨張側第１熱交換器２８ａが上流に設置され、熱媒用の膨張側第２熱交換器２８ｂが下流に設置されている。

この構成によれば、膨張側熱交換部２８において熱媒および潤滑油を用いて膨張前の圧縮空気を加熱する際、先に潤滑油の熱交換を行うことで潤滑油温度をより低下させている。特に、潤滑油と熱媒では、潤滑油の方が油冷式圧縮機１６の機能に直接作用するため、潤滑油の温度を低下させることが好ましいためである。

また、ＣＡＥＳ発電装置２は、制御装置５０を備える。制御装置５０は、温度センサ４８で測定した低温潤滑油タンク４６内の潤滑油の温度値Ｔを受け、この温度値Ｔに基づいて切替部を制御する。本実施形態では、入力電力切替機構３０およびバルブ３５ａが本発明の切替部を構成する。切替部は、状態１から状態４のいずれかの状態で制御されている。状態１は、バルブ３５ａが開かれた状態である。状態１では、排気側熱交換器３６での排気冷熱を利用した熱交換により潤滑油が冷却される。状態２は、入力電力切替機構３０がクーラ３２への電力供給を許容する状態である。状態２では、発電装置４で発電した電力がクーラ３２に供給され、供給された電力によりクーラ３２が作動し、潤滑油が冷却される。状態３は、特に動作を行わない待機状態である。状態４は、バルブ３５ａが閉じられ、入力電力切替機構３０がクーラ３２への電力供給が遮断されている状態である。状態４では、潤滑油は冷却されない。以降、制御装置５０による制御方法を説明する。

図２に示すように、制御を開始すると（ステップＳ２−１）、温度センサ４８で測定した温度値Ｔが所定の設計上限温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２−２）。温度値Ｔが設計上限温度Ｔｈ未満でない場合、以下の表１に示す潤滑油の冷却処理を実行し（ステップＳ２−３）、再び温度値Ｔが所定の設計上限温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２−２）。温度値Ｔが設計上限温度Ｔｈ未満である場合、非冷却処理として切替部を状態４にして潤滑油の冷却を防止し（ステップＳ２−４）、制御を終了する（ステップＳ２−５）。本実施形態では、温度値Ｔを測定するたびにこのような制御が連続的に行われている。

表１に示すように、冷却処理では、再生可能エネルギーを利用する発電装置４で発電する入力電力（第１電力）の有無と、膨張機２４から排気される空気の冷熱（排気冷熱）の有無とに基づいて切替部を制御する。発電装置４で発電する入力電力の有無は、ＣＡＥＳ発電装置２に発電装置４から電力が供給されているか否かで判断する。また、膨張機２４から排気される空気の冷熱の有無は、発電機２２で電力（第２電力）が生成されているか否かで判断する。

具体的には、入力電力が有り、排気冷熱が有る場合、切替部は状態１になるように制御される。入力電力が有り、排気冷熱が無い場合、切替部は状態２になるように制御される。入力電力が無く、排気冷熱が有る場合、切替部は状態１になるように制御される。入力電力が無く、排気冷熱が無い場合、切替部は状態３になるように制御される。ただし、入力電力が有り、排気冷熱が有る場合、切替部は状態２になるように制御されてもよい。さらに、入力電力が無く、排気冷熱が無い場合、外部の電力系統６からクーラ３２に電力供給してクーラ３２を作動してもよい。

本実施形態の構成によれば、排気側熱交換器３６において膨張機２４から排気される排気空気の冷熱を利用して潤滑油を冷却でき、圧縮機に供給される潤滑油の温度Ｔを設定温度範囲内（Ｔ＜Ｔｈ）に調整できる。特に、排気空気の冷熱を利用することで外部から冷熱を要することなく効率的に潤滑油を冷却している。また、簡易な構成で潤滑油を冷却できるため、ＣＡＥＳ発電装置２の構成が複雑化することを防止できる。

また、排気側熱交換器３６に加えてクーラ３２をさらに備えることで、膨張機２４が駆動されず排気空気の冷熱が存在しない場合でも、クーラ３２を利用して潤滑油を冷却できる。

また、ＣＡＥＳ発電装置２の運転状態に応じて切替部を適切に制御することで、最適効率で潤滑油を冷却できる。

（第２実施形態）
図３に示す第２実施形態のＣＡＥＳ発電装置２では、低温潤滑油タンク４６内の熱媒を加熱するための機構が設けられている。本実施形態は、この点に関することを除いて図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。

本実施形態では、再生可能エネルギーを利用する発電装置４で発電した入力電力は、入力電力切替機構３０により供給先を切り替えられ、モータ１４、クーラ３２、またはヒータ５２に供給される。また、発電機２２の発電電力の供給先を切り替えるための発電電力切替機構５４が設けられている。発電機２２の発電電力は、発電電力切替機構５４により供給先を切り替えられ、外部の電力系統６またはヒータ５２に供給される。高温熱媒タンク３８には、内部の熱媒の温度を測定するための温度センサ５８が設けられている。温度センサ５８で測定した熱媒の温度値は、制御装置５０に出力される。高温熱媒タンク３８は、熱媒流路１０ｅを通じて低温熱媒タンク４０と流体的に接続されており、熱媒流路１０ｅには追加熱交換器５６が介設されている。なお、図中にＡ１とＡ２が２つずつ描かれているのは、Ａ１同士およびＡ２同士が流体的に接続されていることを表している。

追加熱交換器５６では、膨張側第１熱交換器２８ａから低温潤滑油タンク４６に延びる潤滑油流路１２ｃ内の潤滑油と、高温熱媒タンク３８から低温熱媒タンク４０に延びる熱媒流路１０ｅ内の熱媒とで熱交換している。具体的には、潤滑油流路１２ｃ内を流れる潤滑油は熱媒との熱交換により加熱されている。即ち、追加熱交換器５６では潤滑油の温度は上昇し、熱媒の温度は低下する。

高温熱媒タンク３８から追加熱交換器５６に延びる熱媒流路１０ｅには、バルブ３５ｂが設けられており、バルブ３５ｂの開閉により上述の追加熱交換器５６での熱交換を実行または停止している。本実施形態では、入力電力切替機構３０、発電電力切替機構５４、およびバルブ３５ａ，３５ｂが本発明の切替部を構成する。

本実施形態の制御装置５０は、温度センサ４８で測定した低温潤滑油タンク４６内の潤滑油の温度値Ｔ１と、温度センサ５８で測定した高温熱媒タンク３８内の潤滑油の温度値Ｔ２とを受け、温度値Ｔ１，Ｔ２に基づいて切替部を制御する。切替部は、状態１から状態８のいずれかの状態で制御されている。状態１から状態４は、第１実施形態と同じである。状態５は、バルブ３５ｂが開かれた状態である。状態５では追加熱交換器５６での高温熱媒を利用した熱交換により潤滑油が加熱される。状態６は、入力電力切替機構３０がヒータ５２への電力供給を許容する状態である。状態６では、発電装置４で発電した電力がヒータ５２に供給され、供給された電力によりヒータ５２が作動し、潤滑油が加熱される。状態７は、発電機２２で発電した電力が有る場合、発電電力切替機構５４がヒータ５２への電力供給を許容する状態となり、発電機２２で発電した電力が無い場合、特に動作を行わない待機状態となる。状態８は、バルブ３５ｂが閉じられ、入力電力切替機構３０がヒータ５２への電力供給を遮断している状態である。状態８では、潤滑油は加熱されない。

図４に示すように、制御を開始すると（ステップＳ４−１）、温度センサ４８で測定した温度値Ｔ１が所定の設計上限温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４−２）。温度値Ｔ１が設計上限温度Ｔｈ未満でない場合、上述の表１に示す潤滑油の冷却処理を実行し（ステップＳ４−３）、再び温度値Ｔ１が所定の設計上限温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４−２）。温度値Ｔ１が設計上限温度Ｔｈ未満である場合、非冷却処理として切替部を状態４にして潤滑油の冷却を防止し（ステップＳ４−４）、温度値Ｔ１が所定の設計下限温度Ｔｃより大きいか否かを判断する（ステップＳ４−５）。温度値Ｔ１が所定の設計下限温度Ｔｃ以下である場合、以下の表２に示す潤滑油の加熱処理を実行し（ステップＳ４−６）、再び温度値Ｔ１が所定の設計上限温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４−２）。温度値Ｔ１が所定の設計下限温度Ｔｃより大きい場合、非加熱処理として切替部を状態８にして潤滑油の加熱を防止し（ステップＳ４−７）、制御を終了する（ステップＳ４−８）。本実施形態では、温度値Ｔ１を測定するたびにこのような制御が連続的に行われている。

表２に示すように、加熱処理では、再生可能エネルギーを利用する発電装置４からの入力電力の有無と、高温熱媒タンク３８内の高温熱媒の有無とに基づいて切替部を制御する。高温熱媒の有無は、高温熱媒タンク３８に設けられた温度センサ５８で測定した熱媒の温度値Ｔ２が所定の温度以上であるか否かによって判断されている。ここでの所定温度は、追加熱交換器５６において熱媒が潤滑油を加熱できる程度の温度であればよい。

入力電力が有り、高温熱媒が有る場合、切替部は状態５になるように制御される。入力電力が有り、高温熱媒が無い場合、切替部は状態６になるように制御される。入力電力が無く、高温熱媒が有る場合、切替部は状態５になるように制御される。入力電力が無く、高温熱媒が無い場合、切替部は状態７になるように制御される。ただし、入力電力が有り、高温熱媒が有る場合、切替部は状態６になるように制御されてもよい。さらに、入力電力が無く、高温熱媒が無く、さらに発電機２２で発電した電力も無い場合、外部の電力系統６からヒータ５２に電力供給してヒータ５２を作動してもよい。

このように制御することで、圧縮機１６に供給される潤滑油の温度値Ｔ１を圧縮機１６の設計温度範囲内（Ｔｃ＜Ｔ１＜Ｔｈ）に調整できる。特に、潤滑油の温度調整に際して、システム内で利用できる冷熱および暖熱がある場合はそれらを利用しているため、その場合は外部からの電力供給を追加的に要することなく効率的である。

また、上述の第１および第２実施形態では、熱媒と潤滑油には異種のものを使用したが、同一のものを使用することもできる。その場合、低温熱媒タンク４０と低温潤滑油タンク４６とを一つのタンクで構成でき、同様に高温熱媒タンク３８と高温潤滑油タンク４４とを一つのタンクで構成できる。

以上より、本発明の具体的な実施形態や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。

また、発電に利用できる再生可能エネルギーは、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐、及び地熱等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充されるエネルギーの全てを含む。

２ 圧縮空気貯蔵発電装置（ＣＡＥＳ発電装置）
４ 再生可能エネルギーを利用する発電装置（発電装置）
６ 電力系統
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 空気流路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 熱媒流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ 潤滑油流路
１４ モータ（電動機）
１６ 油冷式圧縮機（圧縮機）（圧縮側熱交換部）
１６ａ 吸気口
１６ｂ 吐出口
１８ａ，１８ｂ 油分離器
２０ 蓄圧タンク（蓄圧部）
２２ 発電機
２４ 膨張機
２４ａ 給気口
２４ｂ 排気口
２６ 圧縮側熱交換部（第１熱交換部）
２６ａ 圧縮側熱交換器
２８ 膨張側熱交換部（第２熱交換部）
２８ａ 膨張側第１熱交換器
２８ｂ 膨張側第２熱交換器
３０ 入力電力切替機構（切替部）
３２ クーラ（潤滑油冷却部）
３４ａ，３４ｂ バルブ
３５ａ，３５ｂ バルブ（切替部）
３６ 排気側熱交換器（第３熱交換部）（潤滑油冷却部）
３８ 高温熱媒タンク（蓄熱部）
４０ 低温熱媒タンク
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ ポンプ
４４ 高温潤滑油タンク（蓄熱部）
４６ 低温潤滑油タンク（蓄油部）
４８ 温度センサ（潤滑油温度検出部）
５０ 制御装置
５２ ヒータ
５４ 発電電力切替機構（切替部）
５６ 追加熱交換器
５８ 温度センサ

Claims (5)

1. 再生可能エネルギーを用いて発電した第１電力により駆動される電動機と、
   前記電動機により駆動される油冷式圧縮機と、
   前記油冷式圧縮機により圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧部と、
   前記蓄圧部から供給される圧縮空気によって駆動される膨張機と、
   前記膨張機により駆動されて第２電力を発電する発電機と、
   前記油冷式圧縮機における熱を潤滑油および熱媒に回収する第１熱交換部と、
   前記第１熱交換部で熱を回収した潤滑油および熱媒を蓄える蓄熱部と、
   前記蓄熱部で蓄えられた潤滑油および熱媒により前記膨張機に供給される圧縮空気を加熱する第２熱交換部と、
   前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を蓄える蓄油部と、
   前記蓄油部内の潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出部と、
   少なくとも前記膨張機から排気された空気により前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を冷却する第３熱交換部を有する潤滑油冷却部と、
   前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却するか否かを切り替える切替部と、
   前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が設定上限温度以上の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定上限温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替える制御装置と
   を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
2. 前記制御装置は、前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が前記設定上限温度以上の場合、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定上限温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
3. 前記潤滑油冷却部は、前記蓄油部内の潤滑油を冷却するクーラをさらに備え、
   前記切替部は、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却するか否か、または、前記クーラにより潤滑油を冷却するかを切り替え、
   前記制御装置は、前記潤滑油温度検出部で検出した潤滑油の温度が前記設定上限温度以上の場合、前記第３熱交換部または前記クーラで潤滑油を冷却するように前記切替部を切り替え、前記設定上限温度未満の場合、前記潤滑油冷却部で潤滑油を冷却しないように前記切替部を切り替える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
4. 前記制御装置は、
   前記第１電力が供給され、かつ前記第２電力が生成されている場合、前記クーラまたは前記第３熱交換部で潤滑油を冷却し、
   前記第１電力が供給され、かつ前記第２電力が生成されていない場合、前記クーラで潤滑油を冷却し、
   前記第１電力が供給されず、かつ前記第２電力が生成されている場合、前記第３熱交換部で潤滑油を冷却し、
   前記第１電力が供給されず、かつ前記第２電力が生成されていない場合、前記クーラで潤滑油を冷却するかまたは待機する
   ように前記切替部を切り替える、請求項３に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
5. 再生可能エネルギーを用いて発電した電力により油冷式圧縮機を駆動して空気を圧縮し、
   前記油冷式圧縮機で製造した圧縮空気を貯蔵し、
   前記貯蔵した圧縮空気により膨張機を駆動して発電し、
   前記油冷式圧縮機で発生した熱を潤滑油および熱媒に回収し、
   熱回収した前記潤滑油および前記熱媒を貯蔵し、
   前記貯蔵した前記潤滑油および前記熱媒により前記膨張機に供給される前記圧縮空気を加熱し、
   前記膨張機に供給される前記圧縮空気の加熱に利用された前記潤滑油を蓄油部に貯蔵し、
   前記蓄油部内の前記潤滑油の温度を検出し、
   前記膨張機から排気された空気により前記油冷式圧縮機に供給される潤滑油を冷却するか否かを切り替える、
   ことを含む圧縮空気貯蔵発電方法。

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