JP6705770B2 - 圧縮空気貯蔵発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。
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。
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ＣＡＥＳ発電装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されたＣＡＥＳ発電装置では、熱媒の温度が低下し、粘性が高まることによる不具合についての対策は何らなされていない。
本発明は、熱媒の温度低下を効果的に防止して熱媒の流動状態を安定させることができる圧縮空気貯蔵発電装置を提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第１蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第１蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第１熱交換器に供給する第２蓄熱部と、
前記第１蓄熱部と前記第２蓄熱部とを接続する第１流路及び第２流路と、
前記第１流路の中間部と前記第２流路の中間部とを接続する第３流路と、
前記第１流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３流路に至る第１領域で流路を開閉する第１開閉手段と、
前記第１流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３流路に至る第２領域で流路を開閉する第２開閉手段と、
前記第２流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３流路に至る第３領域で流路を開閉する第３開閉手段と、
前記第２流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３流路に至る第４領域で流路を開閉する第４開閉手段と、
前記第３流路に設けられ、熱媒を流動させる駆動手段と、
前記第３流路に設けられ、通過する熱媒を加熱する加熱手段と、
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第１蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第１蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第１熱交換器に供給する第２蓄熱部と、
前記第１蓄熱部と前記第２蓄熱部とを接続する第１流路及び第２流路と、
前記第１流路の中間部と前記第２流路の中間部とを接続する第３流路と、
前記第１流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３流路に至る第１領域で流路を開閉する第１開閉手段と、
前記第１流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３流路に至る第２領域で流路を開閉する第２開閉手段と、
前記第２流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３流路に至る第３領域で流路を開閉する第３開閉手段と、
前記第２流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３流路に至る第４領域で流路を開閉する第４開閉手段と、
前記第３流路に設けられ、熱媒を流動させる駆動手段と、
前記第３流路に設けられ、通過する熱媒を加熱する加熱手段と、
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。
この構成により、熱媒を、第２開閉手段及び第３開閉手段を開放し、第１開閉手段及び第４開閉手段を閉鎖する第１流れと、第１開閉手段及び第３開閉手段を閉鎖し、第２開閉手段及び第４開閉手段を開放する第２流れとに切り替えることができる。また、熱媒を、第１開閉手段及び第３開閉手段を開放し、第２開閉手段及び第４開閉手段を閉鎖する第３流れと、第１開閉手段及び第４開閉手段を開放し、第２開閉手段及び第３開閉手段を閉鎖する第４流れとに切り替えることができる。この結果、暖機運転で、熱媒を温度が低いままの粘度の高い状態となることを防止でき、流動状態を安定させることが可能となる。
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第２蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第２設定温度以下である場合、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量以上であり、かつ、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度以上である場合、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第１開閉手段及び第４開閉手段を閉鎖し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第２蓄熱部に供給する一方、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量未満であるか、又は、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度未満である場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
前記第２蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第２設定温度以下である場合、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量以上であり、かつ、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度以上である場合、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第１開閉手段及び第４開閉手段を閉鎖し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第２蓄熱部に供給する一方、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量未満であるか、又は、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度未満である場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
この構成により、第１蓄熱部に蓄えられた熱媒の容量が十分にあり、かつ、その温度が高い条件の場合には、この熱媒を第２蓄熱部での熱媒の昇温に利用できる。また、これらの条件を満足しない場合には、第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させながら加熱できる。これにより、暖機運転を早期に終了させて通常運転へと移行させることが可能となる。
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第１温度検出手段での検出温度が第１設定温度以下である場合、前記容量検出手段での検出容量が設定容量以上であるか否かを判断し、設定容量未満であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる一方、設定容量以上であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第１蓄熱部に供給させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第１温度検出手段での検出温度が第１設定温度以下である場合、前記容量検出手段での検出容量が設定容量以上であるか否かを判断し、設定容量未満であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる一方、設定容量以上であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第１蓄熱部に供給させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
この構成により、第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量が十分にあれば、温度が低くても加熱して圧縮空気の昇温に利用できる。また、第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量が十分になくても、第２蓄熱部から補給して加熱することにより、同様に、圧縮空気の昇温に利用できる。
前記第２蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第２蓄熱部から前記圧縮機に至る熱媒流路に設けた冷却手段と、
前記冷却手段を迂回するバイパス流路と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第３設定温度以上である場合、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記冷却手段で冷却させる一方、第３設定温度未満である場合、前記冷却手段を迂回するバイパス流路から供給させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
前記第２蓄熱部から前記圧縮機に至る熱媒流路に設けた冷却手段と、
前記冷却手段を迂回するバイパス流路と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第３設定温度以上である場合、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記冷却手段で冷却させる一方、第３設定温度未満である場合、前記冷却手段を迂回するバイパス流路から供給させる制御手段と、
をさらに備えるのが好ましい。
この構成により、熱交換器に供給する熱媒の温度を簡単に所望の値に調整することができる。
本発明によれば、第１蓄熱部と第２蓄熱部との間の熱媒の流動形態を、各開閉手段の開閉状態を変更するだけで、熱媒の温度を適切に管理してその流動状態を安定させることが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。
図１は、ＣＡＥＳ発電装置１の概略を示す構成図である。このＣＡＥＳ発電装置１は、充電ユニット２、熱媒ユニット３、放電ユニット４及び蓄圧タンク５を備える。充電ユニット２は、第１圧縮機６、第１熱交換器７、第２圧縮機８、及び、第２熱交換器９を備える。熱媒ユニット３は、第１蓄熱タンク１０、及び、第２蓄熱タンク１１を備える。放電ユニット４は、第１膨張機１２、第３熱交換器１３、第２膨張機１４、及び、第４熱交換器１５を備える。また、ＣＡＥＳ発電装置１は、空気と熱媒の流れから、空気流路１６ａ〜１６ｇ（実線で示す）と、熱媒流路１７〜１７ｇ（一点鎖線で示す）とに分けて把握できる。以下、ＣＡＥＳ発電装置１を、空気流路１６ａ〜１６ｇに関係する部材と、熱媒流路１７ａ〜１７ｇに関係する部材とに分けて説明する。
（空気流路）
空気流路１６ａ〜１６ｇには、空気流れの上流側から下流側に向かって、第１圧縮機６、第１熱交換器７、第２圧縮機８、第２熱交換器９、蓄圧タンク５、第３熱交換器１３、第１膨張機１２、第４熱交換器１５及び第２膨張機１４がこの順で設けられている。第１圧縮機６、第１熱交換器７、第２圧縮機８及び第２熱交換器９は、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。第３熱交換器１３、第１膨張機１２、第４熱交換器１５及び第２膨張機１４も、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。
空気流路１６ａ〜１６ｇには、空気流れの上流側から下流側に向かって、第１圧縮機６、第１熱交換器７、第２圧縮機８、第２熱交換器９、蓄圧タンク５、第３熱交換器１３、第１膨張機１２、第４熱交換器１５及び第２膨張機１４がこの順で設けられている。第１圧縮機６、第１熱交換器７、第２圧縮機８及び第２熱交換器９は、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。第３熱交換器１３、第１膨張機１２、第４熱交換器１５及び第２膨張機１４も、直列に接続された１組が３組並列に設けられている。
第１圧縮機６及び第２圧縮機８は、図示しないモータで駆動されることにより、吸気口より空気を吸気し、この空気を内部で圧縮して吐出口から圧縮空気として吐出する。第１圧縮機６の吐出口は、空気流路１６ａを介して第２圧縮機８の吸込口に接続されている。第２圧縮機８の吐出口には空気流路１６ｂが接続されている。各第２圧縮機８から延びる空気流路１６ｂは共通の空気流路１６ｃを介して蓄圧タンク５に接続されている。なお、第１圧縮機６及び第２圧縮機８には、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、レシプロ式等、種々のタイプのものを使用できる。
第１熱交換器７及び第２熱交換器９は、第１圧縮機６及び第２圧縮機８で圧縮した圧縮空気を、後述する第２蓄熱タンク１１からの熱媒によって冷却する。ここでは、第１熱交換器７で第１圧縮機６からの圧縮空気を冷却した後、さらに第２熱交換器９で第２圧縮機８を通過した圧縮空気を冷却する２段階での冷却が行われている。圧縮空気の冷却により、後述する第１蓄熱タンク１０に貯蔵可能な圧縮空気の密度を高め、貯蔵中の放熱による熱エネルギーの損失を抑制する。
蓄圧タンク５は、圧縮空気をエネルギーとして貯蔵する。蓄圧タンク５は、共通の空気流路１６ｄから個別の空気流路１６ｅを介して各第１膨張機１２の給気口にそれぞれ接続されている。蓄圧タンク５から送出された圧縮空気は空気流路１６ｄ及び１６ｅを介して各第１膨張機１２に供給される。
第３熱交換器１３は空気流路１６ｅの途中に設けられている。第４熱交換器１５は、第１膨張機１２の排気口と第２膨張機１４の給気口とを結ぶ空気流路１６ｆの途中に設けられている。第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５は、蓄圧タンク５から送出された圧縮空気を、後述する第１蓄熱タンク１０からの熱媒によって加熱する。ここでは、第３熱交換器１３で蓄圧タンク５から送出された圧縮空気を加熱した後、さらに第４熱交換器１５で第３熱交換器１３を通過した圧縮空気を加熱する２段階での加熱が行われている。圧縮空気の加熱により、第１膨張機１２及び第２膨張機１４での膨張がスムーズに行われ、発電機による発電が適切に行われる。
第１膨張機１２及び第２膨張機１４は、給気口から圧縮空気が給気され、給気された圧縮空気により作動して図示しない発電機を駆動する。また、第２膨張機１４で膨張された空気は、排気口から空気流路１６ｇを介して排気される。なお、第１膨張機１２及び第２膨張機１４には、例えば、スクリュ式、スクロール式、ターボ式、レシプロ式等、種々のタイプのものを使用できる。
（熱媒流路）
熱媒流路１７ａ〜１７ｇには、第１熱交換器７及び第２熱交換器９、第１蓄熱タンク１０、第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５、第２蓄熱タンク１１が、環状に流動する熱媒の流動方向に対してこの順で設けられている。第１熱交換器７及び第２熱交換器９は、並列に接続された１組が３組並列に設けられている。第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５も、並列に接続された１組が３組並列に設けられている。第２蓄熱タンク１１から延びる熱媒流路１７ａには第１ポンプ１８が設けられ、第１熱交換器７と第２熱交換器９とに分岐した各熱媒流路１７ｂ及び１７ｃには開閉バルブ１９ａ及び１９ｂがそれぞれ設けられている。第１蓄熱タンク１０から延びる熱媒流路１７ｄには第２ポンプ２０が設けられ、第３熱交換器１３と第４熱交換器１５とに分岐した各熱媒流路１７ｅ及び１７ｆにも開閉バルブ１９ｃ及び１９ｄがそれぞれ設けられている。なお、熱媒には、例えば、鉱物油系、グリコール系等の種々のものを使用できる。
熱媒流路１７ａ〜１７ｇには、第１熱交換器７及び第２熱交換器９、第１蓄熱タンク１０、第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５、第２蓄熱タンク１１が、環状に流動する熱媒の流動方向に対してこの順で設けられている。第１熱交換器７及び第２熱交換器９は、並列に接続された１組が３組並列に設けられている。第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５も、並列に接続された１組が３組並列に設けられている。第２蓄熱タンク１１から延びる熱媒流路１７ａには第１ポンプ１８が設けられ、第１熱交換器７と第２熱交換器９とに分岐した各熱媒流路１７ｂ及び１７ｃには開閉バルブ１９ａ及び１９ｂがそれぞれ設けられている。第１蓄熱タンク１０から延びる熱媒流路１７ｄには第２ポンプ２０が設けられ、第３熱交換器１３と第４熱交換器１５とに分岐した各熱媒流路１７ｅ及び１７ｆにも開閉バルブ１９ｃ及び１９ｄがそれぞれ設けられている。なお、熱媒には、例えば、鉱物油系、グリコール系等の種々のものを使用できる。
第１熱交換器７及び第２熱交換器９は、第１ポンプ１８の駆動によって第２蓄熱タンク１１から供給された熱媒に、第１圧縮機６及び第２圧縮機８で圧縮した圧縮空気から吸熱させる。吸熱されて高温となった熱媒は第１蓄熱タンク１０へと流動する。
第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５は、第２ポンプ２０の駆動によって第１蓄熱タンク１０から供給された熱媒から、第１膨張機１２及び第２膨張機１４へと供給する圧縮空気に放熱させる。放熱されて低温となった熱媒は、第２蓄熱タンク１１へと流動する。
第１蓄熱タンク１０及び第２蓄熱タンク１１は断熱構造を有している。第１蓄熱タンク１０は、第１熱交換器７及び第２熱交換器９によって圧縮空気から吸熱して高温となった熱媒が蓄えられる。図２に示すように、第１蓄熱タンク１０の入口近傍に接続される熱媒流路１７ｇには加熱ヒータ１０ａが設けられている。加熱ヒータ１０ａは、充電ユニット２から回収される熱媒の温度がそれほど上昇していない場合の補助加熱用である。第１蓄熱タンク１０には第１温度検出センサ２１及び水位検出センサ２２が設けられている。第１温度検出センサ２１で検出される第１蓄熱タンク１０内の熱媒の温度と、水位検出センサ２２で検出される熱媒の水位とは制御装置３８に入力される。第２蓄熱タンク１１は、第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５によって圧縮空気に放熱して低温となった熱媒が蓄えられる。第２蓄熱タンク１１には、第２温度検出センサ２３が設けられている。第２温度検出センサ２３で検出される第２蓄熱タンク１１内の熱媒の温度は制御装置３８に入力される。
第１蓄熱タンク１０と第２蓄熱タンク１１とは、第１熱媒流路を構成する第１配管２４と、第２熱媒流路を構成する第２配管２５とで接続されている。また、第１配管２４と第２配管２５の中間部は第３熱媒流路を構成する第３配管２６で接続されている。第３配管２６の途中には、第３ポンプ２７と電気ヒータ２８とが設けられている。電気ヒータ２８により通過する熱媒を加熱可能となっている。第１配管２４には、第３配管２６の接続部分から第１蓄熱タンク１０側及び第２蓄熱タンク１１側に第１開閉バルブ２９及び第２開閉バルブ３０がそれぞれ設けられている。第２配管２５にも、第３配管２６の接続部分から第１蓄熱タンク１０側及び第２蓄熱タンク１１側に第３開閉バルブ３１及び第４開閉バルブ３２がそれぞれ設けられている。
第２蓄熱タンク１１から３組の第１熱交換器７及び第２熱交換器９に分岐する手前の熱媒流路１７の途中には、冷却手段である冷却水クーラ３３と第５開閉バルブ３４が設けられている。冷却水クーラ３３には、第４ポンプ３５の駆動により流量を制御された冷却水が供給され、通過する熱媒を冷却可能となっている。また、第２蓄熱タンク１１からは冷却水クーラ３３を迂回するバイパス流路３６が接続されている。バイパス流路３６には第６開閉バルブ３７が設けられている。第５開閉バルブ３４及び第６開閉バルブ３７のいずれか一方を閉鎖し、残る他方を開放することにより、冷却水クーラ３３を通過する熱媒流路１７を流動する第１ルート、又は、冷却水クーラ３３を迂回して流動する第２ルートのいずれかを選択できるようになっている。
（制御方法）
次に、前記構成からなるＣＡＥＳ発電装置１の動作を説明する。ここでは、制御装置３８による制御内容を中心に説明する。具体的には、暖機運転で実行する、第２蓄熱タンク１１内での熱媒の温度を上昇させる必要がある第１処理と、第１蓄熱タンク１０内での熱媒の温度を上昇させる必要がある第２処理と、運転が開始されてから行う、系内の熱媒の温度を低下させる必要がある第３処理とに分けて説明する。
次に、前記構成からなるＣＡＥＳ発電装置１の動作を説明する。ここでは、制御装置３８による制御内容を中心に説明する。具体的には、暖機運転で実行する、第２蓄熱タンク１１内での熱媒の温度を上昇させる必要がある第１処理と、第１蓄熱タンク１０内での熱媒の温度を上昇させる必要がある第２処理と、運転が開始されてから行う、系内の熱媒の温度を低下させる必要がある第３処理とに分けて説明する。
なお、熱媒は温度の違いによって粘度が変化し、例えば、図６のグラフに示すように、所定温度（例えば、５０℃）以下となることにより粘度が急激に大きくなるという性質がある。そして、熱媒の粘度が大きくなって流動状態が悪化すると、第２熱交換器７での熱交換性能が低下する。この結果、膨張機８に給気させる圧縮空気の温度を十分に上昇させることができず、発電性能が悪化する。また、発電出力が小さい場合、圧縮空気の流量が減少するが、その場合でも熱媒との熱交換が適切に行われるように定格流量を確保しなければならず、いわゆる熱媒ロスが発生する。そこで、このような不具合の発生を防止すべく、以下の第１処理及び第２処理を実行している。
（第１処理：ステップＳ１）
図３に示すように、第１処理では、第２温度検出センサ２３で検出される第２蓄熱タンク１１内の熱媒の温度ｔ２を読み込み（ステップＳ１−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ２が予め設定した第２設定温度Ｔ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ１−２）。熱媒温度ｔ２が第２設定温度Ｔ２を超えている場合、第２蓄熱タンク１１内の熱媒をそのまま第１熱交換器７及び第２熱交換器９に供給し、第１圧縮機６及び第２圧縮機８の駆動を開始する（ステップＳ１−３）。これにより、第１圧縮機６で圧縮されて高温となった圧縮空気が第１熱交換器７で熱媒と熱交換されて低温となる。そして、第１熱交換器７を通過した圧縮空気は、第２圧縮機８でさらに圧縮されて再び高温となった後、第２熱交換器９で熱媒と熱交換されて低温となる。
図３に示すように、第１処理では、第２温度検出センサ２３で検出される第２蓄熱タンク１１内の熱媒の温度ｔ２を読み込み（ステップＳ１−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ２が予め設定した第２設定温度Ｔ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ１−２）。熱媒温度ｔ２が第２設定温度Ｔ２を超えている場合、第２蓄熱タンク１１内の熱媒をそのまま第１熱交換器７及び第２熱交換器９に供給し、第１圧縮機６及び第２圧縮機８の駆動を開始する（ステップＳ１−３）。これにより、第１圧縮機６で圧縮されて高温となった圧縮空気が第１熱交換器７で熱媒と熱交換されて低温となる。そして、第１熱交換器７を通過した圧縮空気は、第２圧縮機８でさらに圧縮されて再び高温となった後、第２熱交換器９で熱媒と熱交換されて低温となる。
第２温度検出センサ２３での検出温度ｔ２が第２設定温度Ｔ２以下である場合（ステップＳ１−２：ＹＥＳ）、水位検出センサ２３で検出される第１蓄熱タンク１０内の熱媒の水位を読み込む（ステップＳ１−４）。そして、読み込んだ熱媒の水位に基づいて、第１蓄熱タンク１０内に収容される熱媒の容量ｖが設定容量Ｖｓ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１−５）。設定容量Ｖｓ以上であれば、第１温度検出センサ２１で検出される第１蓄熱タンク１０内の熱媒の温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１−６）。
第１蓄熱タンク１０内に収容される熱媒の容量ｖが設定容量Ｖｓ以上で、かつ、この熱媒の温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１以上であれば、第２開閉バルブ３０と第３開閉バルブ３１を開放し、第１開閉バルブ２９と第４開閉バルブ３２を閉鎖する（ステップＳ１−７）。そして、第３ポンプ２７の駆動を開始する（ステップＳ１−８）。また、第１圧縮機６及び第２圧縮機８の駆動を開始する（ステップＳ１−３）。これにより、第１蓄熱タンク１０内の高温の熱媒を第２蓄熱タンク１１へと供給し、第２蓄熱タンク１１内の熱媒を昇温できる。第２熱媒タンク内の熱媒を昇温させることで、粘度が高くなることを防止し、スムーズな流れを確保する。
第１蓄熱タンク１０内に収容される熱媒の容量ｖが設定容量Ｖｓ未満、又は、この熱媒の温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１未満であれば、第１開閉バルブ２９と第３開閉バルブ３１を閉鎖し、第２開閉バルブ３０と第４開閉バルブ３２を閉鎖する（ステップＳ１−９）。そして、電気ヒータ２８に通電し（ステップＳ１−１０）、第３ポンプ２７の駆動を開始する（ステップＳ１−８）。第１蓄熱タンク１０内の熱媒による加熱を期待できない場合、第２蓄熱タンク１１内の熱媒を循環させて電気ヒータ２８によって強制的に加熱することにより、前記同様、熱媒の温度低下に伴って粘度が高くなることを防止できる。
その後、読み込んだ熱媒温度ｔ２が予め設定した第２設定温度Ｔ２を超えれば、第１圧縮機６及び第２圧縮機８の駆動を開始する（ステップＳ１−３）。熱媒の流動を良好な状態としているので、第３ポンプ２７への負荷が増大したり、熱媒の各部材への分配不良等が発生したりすることがなくなる。
（第２処理：ステップＳ２）
図４に示すように、第２処理では、第１温度検出センサ２１で第１蓄熱タンク１０内の熱媒の温度ｔ１を読み込み（ステップＳ２−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ１が予め設定した第１設定温度Ｔ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ２−２）。熱媒温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１を超えている場合、第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５で圧縮空気に対して十分な熱量を付与できると判断し、第１膨張機１２及び第２膨張機１４の運転を開始する（ステップＳ２−３）。これにより、圧縮空気を十分に加熱して、第１膨張機１２及び第２膨張機１４での膨張をスムーズに行わせることが可能となる。
図４に示すように、第２処理では、第１温度検出センサ２１で第１蓄熱タンク１０内の熱媒の温度ｔ１を読み込み（ステップＳ２−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ１が予め設定した第１設定温度Ｔ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ２−２）。熱媒温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１を超えている場合、第３熱交換器１３及び第４熱交換器１５で圧縮空気に対して十分な熱量を付与できると判断し、第１膨張機１２及び第２膨張機１４の運転を開始する（ステップＳ２−３）。これにより、圧縮空気を十分に加熱して、第１膨張機１２及び第２膨張機１４での膨張をスムーズに行わせることが可能となる。
第１温度検出センサ２１での検出温度ｔ１が第１設定温度Ｔ１を超えている場合、水位検出センサ２３で検出される熱媒の水位を読み込む（ステップＳ２−４）。そして、読み込んだ熱媒の水位に基づいて、第１蓄熱タンク１０内の熱媒の容量ｖを演算し、この容量ｖが設定容量Ｖｓを超えているか否かを判断する（ステップＳ２−５）。熱媒の容量ｖが設定容量Ｖｓを超えていると判断すれば、第１開閉バルブ２９及び第３開閉バルブ３１を開放し、第２開閉バルブ３０及び第４開閉バルブ３２を閉鎖する（ステップＳ２−６）。そして、電気ヒータ２８に通電すると共に（ステップＳ２−７）、第３ポンプ２７の駆動を開始する（ステップＳ２−８）。これにより、第１蓄熱タンク１０内の熱媒を循環させて電気ヒータ２８によって強制的に加熱することにより、第１膨張機１２及び第２膨張機１４に供給する圧縮空気を十分に昇温できる。
第１蓄熱タンク１０内の熱媒の容量ｖが設定容量Ｖｓ以下であると判断すれば（ステップＳ２−５：ＮＯ）、第１開閉バルブ２９及び第４開閉バルブ３２を開放し、第２開閉バルブ３０及び第３開閉バルブ３１を閉鎖する（ステップＳ２−９）。そして、電気ヒータ２８に通電すると共に（ステップＳ２−７）、第３ポンプ２７の駆動を開始する（ステップＳ２−８）。これにより、第２蓄熱タンク１１内の熱媒を電気ヒータ２８で加熱して第１蓄熱タンク１０内に供給できる。この結果、第１蓄熱タンク１０内の熱媒の容量及び温度を十分なものとして、前記同様、第１膨張機１２及び第２膨張機１４に供給する圧縮空気を十分に昇温可能となる。
その後、読み込んだ熱媒温度ｔ１が予め設定した第２設定温度Ｔ１を超えれば、第１圧縮機６及び第２圧縮機８の駆動を開始する（ステップＳ２−３）。熱媒の流動を良好な状態としているので、第３ポンプ２７への負荷が増大したり、熱媒の各部材への分配不良等が発生したりすることがなくなる。
（第３処理：ステップＳ３）
図５に示すように、第３処理では、第２温度検出センサ２３での検出温度ｔ２を読み込み（ステップＳ３−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ２が予め設定した第３設定温度Ｔ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ３−２）。熱媒温度が第３設定温度以上であれば、第５開閉バルブ３４を開放し、第６開閉バルブ３７を閉鎖する（ステップＳ３−３）。そして、第４ポンプ３５を駆動することにより（ステップＳ３−４）、第２蓄熱タンク１１から吐出される熱媒を冷却水クーラ３３で冷却し、第１圧縮機６及び第２圧縮機８で高温となり過ぎることを防止できる。一方、熱媒温度が第３設定温度未満であれば（ステップＳ３−２：ＮＯ）、第５開閉バルブ３４を閉鎖し、第６開閉バルブ３７を開放する（ステップＳ３−５）。このとき、第４ポンプ３５は駆動しない。これにより、それ程高温とはなっていない第２蓄熱タンク１１内の熱媒をそのまま第１圧縮機６及び第２圧縮機８へと供給して通常通りの運転を行うことができる。
図５に示すように、第３処理では、第２温度検出センサ２３での検出温度ｔ２を読み込み（ステップＳ３−１）、読み込んだ熱媒温度ｔ２が予め設定した第３設定温度Ｔ３以上であるか否かを判断する（ステップＳ３−２）。熱媒温度が第３設定温度以上であれば、第５開閉バルブ３４を開放し、第６開閉バルブ３７を閉鎖する（ステップＳ３−３）。そして、第４ポンプ３５を駆動することにより（ステップＳ３−４）、第２蓄熱タンク１１から吐出される熱媒を冷却水クーラ３３で冷却し、第１圧縮機６及び第２圧縮機８で高温となり過ぎることを防止できる。一方、熱媒温度が第３設定温度未満であれば（ステップＳ３−２：ＮＯ）、第５開閉バルブ３４を閉鎖し、第６開閉バルブ３７を開放する（ステップＳ３−５）。このとき、第４ポンプ３５は駆動しない。これにより、それ程高温とはなっていない第２蓄熱タンク１１内の熱媒をそのまま第１圧縮機６及び第２圧縮機８へと供給して通常通りの運転を行うことができる。
１…ＣＡＥＳ発電装置
２…充電ユニット
３…熱媒ユニット
４…放電ユニット
５…蓄圧タンク
６…第１圧縮機
７…第１熱交換器
８…第２圧縮機
９…第２熱交換器
１０…第１蓄熱タンク
１０ａ…加熱ヒータ
１１…第２蓄熱タンク
１２…第１膨張機
１３…第３熱交換器
１４…第２膨張機
１５…第４熱交換器
１６ａ〜１６ｇ…空気流路
１７ａ〜１７ｇ…熱媒流路
１８…第１ポンプ
１９ａ〜１９ｄ…開閉バルブ
２０…第２ポンプ
２１…第１温度検出センサ
２２…水位検出センサ
２３…第２温度検出センサ
２４…第１配管
２５…第２配管
２６…第３配管
２７…第３ポンプ
２８…電気ヒータ
２９…第１開閉バルブ
３０…第２開閉バルブ
３１…第３開閉バルブ
３２…第４開閉バルブ
３３…冷却水クーラ
３４…第５開閉バルブ
３５…第４ポンプ
３６…バイパス流路
３７…第６開閉バルブ
３８…制御装置
２…充電ユニット
３…熱媒ユニット
４…放電ユニット
５…蓄圧タンク
６…第１圧縮機
７…第１熱交換器
８…第２圧縮機
９…第２熱交換器
１０…第１蓄熱タンク
１０ａ…加熱ヒータ
１１…第２蓄熱タンク
１２…第１膨張機
１３…第３熱交換器
１４…第２膨張機
１５…第４熱交換器
１６ａ〜１６ｇ…空気流路
１７ａ〜１７ｇ…熱媒流路
１８…第１ポンプ
１９ａ〜１９ｄ…開閉バルブ
２０…第２ポンプ
２１…第１温度検出センサ
２２…水位検出センサ
２３…第２温度検出センサ
２４…第１配管
２５…第２配管
２６…第３配管
２７…第３ポンプ
２８…電気ヒータ
２９…第１開閉バルブ
３０…第２開閉バルブ
３１…第３開閉バルブ
３２…第４開閉バルブ
３３…冷却水クーラ
３４…第５開閉バルブ
３５…第４ポンプ
３６…バイパス流路
３７…第６開閉バルブ
３８…制御装置
Claims (4)
- 空気を圧縮する圧縮機と、
前記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、
前記膨張機と機械的に接続された発電機と、
前記圧縮機から前記蓄圧部に供給される圧縮空気と熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を冷却し、熱媒を加熱する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器で加熱された熱媒を蓄える第１蓄熱部と、
前記蓄圧部から前記膨張機に供給される圧縮空気と、前記第１蓄熱部から供給される熱媒との間で熱交換することにより、圧縮空気を加熱し、熱媒を冷却する第２熱交換器と、
前記第２熱交換器で冷却された熱媒を蓄えて前記第１熱交換器に供給する第２蓄熱部と、
前記第１蓄熱部と前記第２蓄熱部とを接続する第１熱媒流路及び第２熱媒流路と、
前記第１熱媒流路の中間部と前記第２熱媒流路の中間部とを接続する第３熱媒流路と、
前記第１熱媒流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３熱媒流路に至る第１領域で流路を開閉する第１開閉手段と、
前記第１熱媒流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３熱媒流路に至る第２領域で流路を開閉する第２開閉手段と、
前記第２熱媒流路のうち、前記第１蓄熱部から前記第３熱媒流路に至る第３領域で流路を開閉する第３開閉手段と、
前記第２熱媒流路のうち、前記第２蓄熱部から前記第３熱媒流路に至る第４領域で流路を開閉する第４開閉手段と、
前記第３熱媒流路に設けられ、熱媒を流動させる駆動手段と、
前記第３熱媒流路に設けられ、通過する熱媒を加熱する加熱手段と、
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。 - 前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第２蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第２設定温度以下である場合、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量以上であり、かつ、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度以上である場合、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第１開閉手段及び第４開閉手段を閉鎖し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第２蓄熱部に供給する一方、前記容量検出手段で検出される熱媒の容量が設定容量未満であるか、又は、前記第１温度検出手段で検出される熱媒の温度が第１設定温度未満である場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる制御手段と、
をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 - 前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第１蓄熱部に蓄えられる熱媒の容量を検出する容量検出手段と、
前記第１温度検出手段での検出温度が第１設定温度以下である場合、前記容量検出手段での検出容量が設定容量以上であるか否かを判断し、設定容量未満であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第３開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第４開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第１蓄熱部に蓄えられた熱媒を循環させる一方、設定容量以上であると判断された場合、前記第１開閉手段及び前記第４開閉手段を開放し、前記第２開閉手段及び前記第３開閉手段を閉鎖し、前記加熱手段により熱媒を加熱し、前記駆動手段を駆動することにより、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記第１蓄熱部に供給させる制御手段と、
をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。 - 前記第２蓄熱部に蓄えられる熱媒の温度を検出する第２温度検出手段と、
前記第２蓄熱部から前記圧縮機に至る熱媒流路に設けた冷却手段と、
前記冷却手段を迂回するバイパス流路と、
前記第２温度検出手段での検出温度が第３設定温度以上である場合、前記第２蓄熱部に蓄えられた熱媒を前記冷却手段で冷却させる一方、第３設定温度未満である場合、前記冷却手段を迂回するバイパス流路から供給させる制御手段と、
をさらに備える、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
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