WO2018198756A1 - 圧縮空気貯蔵発電装置 - Google Patents

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WO2018198756A1
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generator
discharge
power supply
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佐藤　隆
亮 中道
松隈　正樹
浩樹 猿田
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株式会社神戸製鋼所
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    • Y02P90/50—Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Definitions

  • the present invention relates to a compressed air storage power generator.
  • CAES compressed air storage
  • CAES power generators use renewable energy to drive compressors to produce compressed air, store the compressed air in tanks, etc., and use compressed air to drive turbine generators when necessary to generate power It is a device to obtain.
  • Such a CAES power generator is disclosed in, for example, Patent Document 1.
  • Patent Document 1 Generally, a minimum output for driving an electric motor or a generator is specified. That is, no response can be made even if an output less than the specified minimum output is requested. In Patent Document 1, there is no suggestion regarding a method for dealing with an output less than the specified minimum output. Accordingly, it is considered that the CAES power generation device of Patent Document 1 stops operation when an output less than the minimum output specified is required.
  • An object of the present invention is to provide a compressed air storage power generator capable of responding even when an output less than the minimum output specified for an electric motor or a generator is required.
  • a compressed air storage power generation apparatus includes an electric motor driven by fluctuating input power, a plurality of compressors driven by the electric motor to compress air, and a compression discharged from the compressor A pressure accumulator that stores air; a plurality of expanders that are driven by compressed air supplied from the pressure accumulator; a generator that is driven by the expander and supplies output power that fluctuates to customer equipment; and the electric motor
  • An inverter for a motor that changes the rotation speed of the generator an inverter for a generator that changes the rotation speed of the generator, a power supply command receiving unit that receives the input power as a power supply command value before feeding the input power, and A discharge command receiving unit that receives the demand power from the customer facility as a discharge command value before outputting the output power, and the power supply command value corresponds to the minimum rotation speed of the motor
  • a power feeding determination unit that determines whether or not the charging power is smaller than a minimum charging power; a discharge determination unit that determines whether or not the discharge command value is smaller than a minimum
  • energy input electric power
  • the compressed air is supplied to the expander when necessary.
  • the production of compressed air by the compressor and the storage of the compressed air by the pressure accumulator is also referred to as charging
  • the generation of power by the generator using the compressed air of the accumulator is also referred to as discharge.
  • the power supply determination unit can determine whether the magnitude of the power supply command value is large enough to drive the motor, and the discharge determination unit determines the magnitude of the discharge command value from the generator. It can be determined whether or not the size is sufficient for driving.
  • each command value is not sufficiently large, that is, when an output less than the specified minimum output is requested, the motor or generator cannot be driven alone, but the input / output adjustment unit It is possible to drive the motor and the generator at the same time by canceling the output of the other.
  • the power supply command value and the discharge command value are in a canceling relationship with each other.
  • the discharge command value is insufficient, the discharge command value is increased, and the power supply command value is increased by the same amount, so that both command values can be offset and an insufficient discharge command value can be secured.
  • a general CAES power generator that does not have the above-described configuration cannot respond to a power supply command value or a discharge command value that is less than specified, but even when such a command value is given by the above-described configuration, it can be operated. Can be continued.
  • the control device calculates a difference between the power supply command value and the minimum charge power as a power supply shortage amount.
  • the input / output adjustment unit further generates a power greater than the insufficient power supply by driving the generator, and the power generated by the generator and the input power of the power supply command value
  • the electric motor may be driven by electric power that is equal to or greater than the minimum charging electric power combined with electric power that is greater than or equal to an insufficient power supply amount.
  • the power supply shortage amount can be calculated by the power supply shortage amount calculation unit and the power supply shortage amount can be compensated by the input / output adjustment unit, it is possible to secure the minimum charging power for driving the motor. Therefore, the operation can be continued even when a power supply command value that does not satisfy the regulations is given.
  • the control device calculates a difference between the discharge command value and the minimum discharge power as a discharge shortage amount.
  • the input / output adjustment unit may further include a calculation unit, and the input / output adjustment unit may drive the generator at a minimum rotational speed or more, and drive the electric motor with electric power that is greater than the insufficient discharge amount and greater than the minimum charge power.
  • the discharge shortage amount can be calculated by the discharge shortage amount calculation unit, and the discharge shortage amount can be eliminated by the input / output adjustment unit, so that the minimum discharge power for driving the generator can be secured. Therefore, the operation can be continued even when a discharge command value less than the standard is given.
  • a plurality of the compressors and the motors are provided, and the control device includes a compression leveling control unit that controls the motor inverter so as to level the drive time between the compressors and the motors. May be.
  • a plurality of the expanders and the generators are provided, and the control device controls the generator inverter so as to level the drive time between the expanders and the generators. You may have.
  • the rotational speed control of the compressor or the expander is suitably performed, so that the operation efficiency can be improved.
  • the schematic structure figure of the compressed air storage power generator concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • the control block diagram of the compressed air storage power generator which concerns on 1st Embodiment.
  • the schematic block diagram of the compressed air storage power generator which concerns on 2nd Embodiment.
  • the control block diagram of the compressed air storage power generator which concerns on 2nd Embodiment.
  • a compressed air storage (CAES) power generation apparatus 1 shown in FIG. 1 stores electric power generated by a power generation facility 2 using renewable energy such as wind power generation or solar power generation in the form of compressed air, and when necessary. It is a device that generates power using compressed air and supplies power to customer facilities 3 such as villages, areas for district cooling and heating, large shopping centers, substations, or factories.
  • customer facilities 3 such as villages, areas for district cooling and heating, large shopping centers, substations, or factories.
  • the power generation facility 2 is provided with a power supply command transmitter 2a.
  • the power supply command transmission unit 2 a transmits a power supply command value to the CAES power generator 1.
  • a discharge command transmission unit 3 a is attached to the customer facility 3.
  • the discharge command transmission unit 3 a transmits a discharge command value to the CAES power generator 1.
  • the power supply command value means the power (input power to be described later) to be charged by the CAES power generation device 1 among the power generated by the power generation facility 2, and the discharge command value is the customer equipment 3 by the CAES power generation device. This means the power required for 1 (demand power to be described later).
  • the CAES power generator 1 performs necessary charging and discharging.
  • the power supply command transmission unit 2a is attached to the power generation facility 2.
  • the power supply command transmission unit 2a is not necessarily attached to the power generation facility 2, and may be installed at other places in the power system such as a substation. Good.
  • the CAES power generation apparatus 1 includes a plurality of compressors 10, a pressure accumulating tank (pressure accumulating unit) 11, and a plurality of expanders 12. In the present embodiment, three compressors 10 and three expanders 12 are arranged. A motor (electric motor) 13 is mechanically connected to each compressor 10. An electric motor inverter 14 is electrically connected to each motor 13. Further, a generator 15 is mechanically connected to each expander 12. A generator inverter 16 is electrically connected to each generator 15.
  • the electric power generated by the power generation facility 2 using renewable energy is supplied to the motor 13 via the power transmission / reception facility 4 and the motor inverter 14.
  • the power supplied from the power generation facility 2 to the motor 13 is referred to as input power.
  • the compressor 10 of this embodiment is a screw type. Therefore, the compressor 10 of the present embodiment includes a pair of screw rotors (not shown) inside, and the screw rotors are mechanically connected to the motor 13.
  • the compressor 10 is not limited to the screw type as long as the rotation speed can be controlled, and may be, for example, a scroll type.
  • the intake port 10a of the compressor 10 communicates with outside air through the air pipe 5a.
  • the discharge port 10b of the compressor 10 is fluidly connected to the pressure accumulation tank 11 through the air pipe 5b.
  • a valve 6a is attached to the air pipe 5b, and air flow can be allowed or blocked.
  • each motor 13 When input power is supplied to each motor 13, each motor 13 is operated, the above-described screw rotor is rotated, and each compressor 10 is driven. Each compressor 10 sucks air from the air inlet 10a through the air pipe 5a, compresses and discharges it from the outlet 10b, and pumps the compressed air to the pressure accumulation tank 11 through the air pipe 5b.
  • the pressure accumulation tank 11 is a steel tank, for example, and stores the compressed air fed from the compressor 10.
  • the pressure accumulation tank 11 is fluidly connected to the expander 12 through the air pipe 5c, and the compressed air stored in the pressure accumulation tank 11 is supplied to the expander 12 through the air pipe 5c. Further, a valve 6b is attached to the air pipe 5c, and air flow can be allowed or blocked.
  • the expander 12 of this embodiment is a screw type. Therefore, the expander 12 of this embodiment includes a pair of screw rotors (not shown) inside, and the screw rotors are mechanically connected to the generator 15.
  • the expander 12 is not limited to the screw type as long as the rotation speed can be controlled, and may be, for example, a scroll type.
  • the air inlet 12a of the expander 12 is fluidly connected to the pressure accumulation tank 11 through the air pipe 5c as described above.
  • the exhaust port 12b of the expander 12 is open to the outside air through the air pipe 5d.
  • each expander 12 When compressed air is supplied to each expander 12, the above-described screw rotor is rotated to drive each expander 12, that is, to drive each generator 15.
  • the air (exhaust air) expanded by each expander 12 is discharged to the outside air from each exhaust port 12b through the air pipe 5d.
  • the generator 15 generates power by being driven by the expander 12.
  • Each generator 15 is electrically connected to a power consumer facility 3 such as a factory, and the power generated by each generator 15 is supplied to the customer facility 3.
  • the CAES power generator 1 includes a control device 30.
  • the control device 30 is constructed by hardware including a storage device such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), and software installed therein.
  • a storage device such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), and software installed therein.
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • a power supply command receiving unit 31 and a discharge command receiving unit 32 are electrically connected to the control device 30.
  • the power supply command receiving unit 31 receives the power supply command value from the power supply command transmission unit 2 a and transmits the power supply command value to the control device 30.
  • the discharge command receiving unit 32 receives the discharge command value from the discharge command transmitting unit 3 a and transmits the discharge command value to the control device 30.
  • the control device 30 controls the motor inverter 14, the generator inverter 16, and the valves 6a and 6b based on the power supply command value and the discharge command value.
  • the control device 30 of the present embodiment includes a power supply determination unit 30a, a power supply insufficient amount calculation unit 30b, a discharge determination unit 30c, a discharge insufficient amount calculation unit 30d, and an input / output adjustment unit 30e.
  • the power supply determination unit 30 a determines whether or not the power supply command value is smaller than the power (minimum charging power) corresponding to the minimum rotation speed of the motor 13. In other words, the power supply determination unit 30a determines whether or not the motor 13 can be driven by the input power of the power supply command value.
  • the power supply insufficient amount calculation unit 30b calculates the difference between the power supply command value and the minimum charge power as the power supply insufficient amount. This power supply shortage amount represents the remaining power required to drive the motor 13 in addition to the input power of the power supply command value.
  • the discharge determination unit 30c determines whether or not the discharge command value is smaller than the power corresponding to the minimum rotation speed of the generator 15 (minimum discharge power). In other words, the discharge determination unit 30c determines whether or not the generator 15 can respond to the discharge command value.
  • the insufficient discharge amount calculation unit 30d calculates the difference between the discharge command value and the minimum discharge power as the insufficient discharge amount. This insufficient discharge amount represents the remaining discharge amount necessary for driving the generator 15 in addition to the discharge command value.
  • the input / output adjustment unit 30e determines that the power supply command value is smaller than the minimum charge power by the power supply determination unit 30a, or when the discharge command value is determined to be smaller than the minimum discharge power by the discharge determination unit,
  • the motor inverter 14 and the generator inverter 16 are controlled to drive the motor 13 and the generator 15 simultaneously.
  • the input / output adjustment unit 30e when it is determined by the power supply determination unit 30a that the power supply command value is smaller than the minimum charge power, the input / output adjustment unit 30e generates power that is greater than the power supply shortage by driving the generator 15.
  • the motor 13 is driven by power that is equal to or greater than the minimum charge power, which is a combination of the input power of the power feed command value and the power that is generated by the generator 15 and that is greater than the power shortage.
  • the input / output adjustment unit 30e opens the valve 6b and supplies compressed air from the pressure accumulation tank 11 to the expander 12. To do.
  • the input / output adjustment unit 30e controls the generator inverter 16, that is, controls the rotational speed of the generator 15 to generate electric power that is greater than the insufficient power supply amount. Then, the input / output adjustment unit 30e controls the motor inverter 14, that is, controls the rotational speed of the motor 13, and exceeds the input power of the power supply command value and the insufficient power supply generated by the generator 15 as described above. The output can be adjusted according to the electric power. At this time, the input / output adjustment unit 30 e opens the valve 6 a so that compressed air can be supplied from the compressor 10 to the pressure accumulating tank 11.
  • the input / output adjustment unit 30e drives the generator 15 at the minimum rotational speed or more, the discharge is insufficient or more and the minimum charge power or more.
  • the motor 13 is driven by the electric power.
  • the input / output adjustment unit 30e opens the valve 6b and supplies compressed air from the pressure accumulation tank 11 to the expander 12. .
  • the input / output adjustment unit 30e controls the generator inverter 16, that is, controls the rotational speed of the generator 15 to drive the motor at a minimum rotational speed or higher. At this time, surplus power is generated because output power equal to or greater than the discharge command value is obtained.
  • the input / output adjustment unit 30e controls the motor inverter 14, that is, controls the rotational speed of the motor 13, and drives the motor 13 so as to cancel out this surplus power. At this time, the input / output adjustment unit 30 e opens the valve 6 a so that compressed air can be supplied from the compressor 10 to the pressure accumulating tank 11.
  • the electric power generated by the generator 15 is not directly supplied to the motor 13, but the electric power consumed by the motor 13 and the electric power generated by the generator 15 are offset as a result. Has been. Therefore, no additional equipment such as electrical wiring for connecting the generator 15 and the motor 13 is required, and control by the input / output adjustment unit 30e is performed only by updating the software in the control device 30 using the existing equipment. Is feasible.
  • FIG. 3 is a graph showing the control by the input / output adjustment unit 30e.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents the command value
  • the power supply command value is represented by a negative value
  • the discharge command value is represented by a positive value.
  • the vertical axis in FIG. 3 represents the output of the motor 13 and the output of the generator 15.
  • the output (power consumed) of the motor 13 is represented by a negative value
  • Both the command value on the horizontal axis and the output on the vertical axis are shown in a ratio where the rated state is 100%.
  • the motor 13 of this embodiment has an output at the minimum rotational speed (minimum output) of ⁇ 40% with respect to a rated output of 100%. In other words, the motor 13 of this embodiment has an output of 40% of the rating when the magnitude of the input power is the minimum charging power. That is, the motor 13 of this embodiment cannot cope with a command value larger than ⁇ 40%.
  • the generator 15 of the present embodiment has an output at the minimum rotational speed (minimum output) of 10% with respect to a rated output of 100%. In other words, the generator 15 of this embodiment has an output of 10% with respect to the rating when outputting with the minimum discharge power. That is, the generator 15 of this embodiment cannot cope with a command value of less than 10%. Therefore, the command value in the range of ⁇ 40% to 10% cannot be responded if no additional control is performed, but in this embodiment, the entire range of ⁇ 100% to 100% is performed as follows. The response to the command value is realized.
  • the motor 13 supplies power as it is. It is driven by the input power of the command value. For example, when a command value of ⁇ 50% is given, the output of the motor 13 is ⁇ 50% as it is. At this time, the generator 15 is not driven.
  • the generator 15 When the command value is 10% or more, that is, when the discharge command value is given so that the generator 15 is driven at an output of 10% or more with respect to the rated output, the generator 15 is directly driven by the discharge command value. .
  • the output of the generator 15 is directly 50%. At this time, the motor 13 is not driven.
  • the insufficient power supply command value is calculated by the power supply shortage amount calculation unit 30b as described above, and a discharge command value equal to or greater than the calculated power supply shortage amount is supplied to the generator 15 to generate power. For example, if a command value of ⁇ 20% is given, the power shortage amount is calculated as ⁇ 20%.
  • the power supply command value is added by -20%, and the discharge command value is added by 20% accordingly, and the added amount is set to 0% as the total command value.
  • the command value 20% for the generator 15 and the command value ⁇ 40% for the motor 13 are combined to coincide with the actual command value ⁇ 20% so that there is no discrepancy with the actual command value.
  • the command value for the motor 13 becomes ⁇ 40%, so that the motor 13 can achieve the minimum output of ⁇ 40%.
  • the output of the motor 13 and the output of the generator 15 are often different in absolute value from the viewpoint of output efficiency even if the ratio to the rating is the same. Therefore, there is a case where the command value cannot be accurately canceled. In that case, a correction coefficient is introduced, and the command value can be canceled by increasing or decreasing the output of one of the motor 13 or the generator 15 in proportion to the other.
  • the same control is performed as when the command value is from -30% to 0%.
  • the output of the generator 15 is fixed to a minimum output of 10%.
  • the power supply shortage amount is calculated as ⁇ 5%.
  • the power supply command value is added by -5%, and the discharge command value is added by 5% accordingly, so that the additional amount can be set to 0% as the total command value.
  • the minimum output of the generator 15 is 10%, it is necessary to secure a discharge command value of 10% or more and drive the generator 15 with a minimum output of 10% or more.
  • the power supply deficit amount is -5%, but a power supply command value of -10% and a discharge command value of 10% are added to obtain the total command value.
  • the additional amount is 0%. That is, the command value 10% for the generator 15 and the command value -45% for the motor 13 are combined to match the actual command value -35%, so that there is no discrepancy with the actual command value.
  • the command value for the motor 13 becomes ⁇ 45%, the motor 13 can achieve the minimum output of ⁇ 40%, and the command value for the generator 15 becomes 10%, so that the generator 15 also achieves the minimum output of 10%. Can be achieved.
  • an insufficient discharge command value (discharge shortage amount) is calculated by the discharge shortage amount calculation unit 30d as described above, and the motor 13 charges more than the calculated discharge shortage amount. For example, if a command value of 5% is given, the insufficient discharge amount is calculated as 5%.
  • the discharge power command value is added by 5%, and the power supply command value is added by -5% in accordance therewith, so that the added amount can be 0% as the total command value.
  • the minimum output of the motor 13 is ⁇ 40%, it is necessary to secure a power supply command value of ⁇ 40% and drive the motor 13 with the minimum output of ⁇ 40% or less. Therefore, for example, if a command value of 5% is given, the discharge shortage amount is 5%, but a discharge command value of 40% and a power supply command value of -40% are added, and the total command value is added. The amount is 0%.
  • the command value 45% for the generator 15 and the command value ⁇ 40% for the compressor 10 are combined to match the actual command value of 5%, so that there is no discrepancy with the actual command value.
  • the generator 15 can achieve the minimum output of 10%, and the command value for the motor 13 is -40%, so the motor 13 also has the minimum output of -40%. Can be achieved.
  • the present embodiment it is possible to determine whether the magnitude of the power supply command value is sufficient for driving the motor 13 by the power supply determination unit 30a, and the magnitude of the discharge command value by the discharge determination unit 30c. It can be determined whether or not is large enough to drive the generator 15.
  • each command value is not sufficiently large, that is, when an output less than the specified minimum output is requested, the motor 13 or the generator 15 cannot be driven alone, but the input / output adjustment unit
  • the motor 13 and the generator 15 can be driven at the same time by using one output with the other by 30e. Specifically, considering the input power (input power) and the output power (output power), the power supply command value and the discharge command value are in a canceling relationship with each other.
  • both command values can be offset, and an insufficient power supply command value can be secured.
  • the discharge command value is insufficient, the discharge command value is increased, and the power supply command value is increased by the same amount, so that both command values can be offset and an insufficient discharge command value can be secured.
  • a general CAES power generation apparatus that does not have the configuration as in the present embodiment cannot respond to a power supply command value or a discharge command value that does not meet the standard, but such a command value is given by the configuration of the present embodiment. The operation can be continued even if
  • the power supply shortage amount can be calculated by the power supply shortage amount calculation unit, and the power supply shortage amount can be compensated by the input / output adjustment unit 30e. Therefore, the minimum charging power for driving the motor 13 is ensured. it can. Therefore, the operation can be continued even when a power supply command value that does not satisfy the regulations is given.
  • the insufficient discharge amount can be calculated by the insufficient discharge amount calculation unit, and the insufficient discharge amount can be eliminated by the input / output adjustment unit, so that the minimum discharge power for driving the generator 15 can be secured. Therefore, the operation can be continued even when a discharge command value less than the standard is given.
  • the CAES power generator 1 of the present embodiment shown in FIG. 4 is provided with a plurality of compressors 10 and expanders 12. Except for the configuration related to this, the configuration is the same as the configuration of the CAES power generator 1 of the first embodiment of FIG. Therefore, the same parts as those shown in FIG.
  • three compressors 10 are provided, and a motor 13 is mechanically connected to each compressor 10.
  • An electric motor inverter 14 is electrically connected to each motor 13.
  • three expanders 12 are provided, and a generator 15 is mechanically connected to each expander 12.
  • a generator inverter 16 is electrically connected to each generator 15.
  • the control device 30 includes a power supply determination unit 30a, a power supply shortage amount calculation unit 30b, a discharge determination unit 30c, a discharge shortage amount calculation unit 30d, an input / output adjustment unit 30e, and a compression leveling control unit 30f. And an expansion leveling control unit 30g.
  • the compression leveling control unit 30f controls the motor inverter 14 so as to level the drive time between the compressor 10 and the motor 13. Specifically, the driving time of the compressor 10 and the motor 13 is measured, and the driving priority is set higher in descending order of driving time. This priority is preferably updated when the initial operation is started. As a result, it is possible to prevent the compressor 10 and the motor 13 that are being driven from being stopped and drive the other compressors 10 and the motor 13, thereby enabling a stable operation.
  • the expansion leveling control unit 30g controls the generator inverter 16 so as to level the drive time between the expander 12 and the generator 15. Specifically, the drive time of the expander 12 and the generator 15 is measured, and the priority to use in order from the one with the shortest drive time is set higher. The priority is preferably updated when the initial operation is started. As a result, it is possible to prevent the driven expander 12 and the generator 15 from being stopped and drive the other expander 12 and the generator 15, thereby enabling stable operation.
  • each compressor 10 and motor 13 can be leveled by the compression leveling control unit 30f, only the specific compressor 10 and motor 13 are driven and prevented from deteriorating. it can.
  • the expansion leveling control unit 30g can level the drive time of each of the expander 12 and the generator 15, so that only the specific expander 12 and the generator 15 are driven and deteriorated. Can be prevented.
  • the target of power generation by renewable energy is steady (or repetitive) with natural forces, such as wind, sunlight, solar heat, wave or tidal power, running water or tide, for example. It is possible to target anything that uses energy that is replenished regularly and fluctuates irregularly. Further, the power may be changed by equipment that consumes a large amount of power in the factory using commercial power as input power.

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Abstract

圧縮空気貯蔵発電装置１は、モータ１３と、圧縮機１０と、蓄圧タンク１１と、膨張機１２と、発電機１５と、電動機用インバータ１４と、発電機用インバータ１６と、給電指令受信部３１と、放電指令受信部３２と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、給電指令値が最小充電電力よりも小さいか否かを判定する給電判定部３０ａと、放電指令値が最小放電電力よりも小さいか否かを判定する放電判定部３０ｃと、給電判定部によって給電指令値が最小充電電力よりも小さいと判定されるか、または、放電判定部によって放電指令値が最小放電電力よりも小さいと判定された場合、インバータ１４，１６を制御し、モータ１３と発電機１５とを同時に駆動する入出力調整部３０ｅとを有する。

Description

圧縮空気貯蔵発電装置
　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、出力が安定しないことがある。そのため、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の一例として、例えば、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置が知られている。
　ＣＡＥＳ発電装置は、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電力を得る装置である。このようなＣＡＥＳ発電装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特開２０１６－３４２１１号公報
　一般に、電動機または発電機は、駆動するための最小出力が規定されている。即ち、規定された最小出力未満の出力を要求されても応答できない。特許文献１では、このような規定された最小出力未満の出力を要求された場合の対応方法に関する示唆がない。従って、仮に規定された最小出力未満の出力を要求された場合、特許文献１のＣＡＥＳ発電装置は運転を停止すると考えられる。
　本発明は、電動機または発電機に規定された最小出力未満の出力を要求された場合にも応答可能な圧縮空気貯蔵発電装置を提供することを課題とする。
　本発明の一実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置は、変動する入力電力により駆動される電動機と、前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮機から吐出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複数の膨張機と、前記膨張機によって駆動され、需要家設備に変動する出力電力を供給する発電機と、前記電動機の回転速度を変更する電動機用インバータと、前記発電機の回転速度を変更する発電機用インバータと、前記入力電力の給電前に前記入力電力を給電指令値として受信する給電指令受信部と、前記出力電力の出力前に前記需要家設備からの需要電力を放電指令値として受信する放電指令受信部と、前記給電指令値が前記電動機の最低回転速度に相当する最小充電電力よりも小さいか否かを判定する給電判定部と、前記放電指令値が前記発電機の最低回転速度に相当する最小放電電力よりも小さいか否かを判定する放電判定部と、前記給電判定部によって前記給電指令値が前記最小充電電力よりも小さいと判定されるか、または、前記放電判定部によって前記放電指令値が前記最小放電電力よりも小さいと判定された場合、前記電動機用インバータと前記発電機用インバータを制御し、前記電動機と前記発電機とを同時に駆動する入出力調整部とを有する制御装置とを備える。
　この構成によれば、再生可能エネルギーのような出力が不規則に変動するエネルギー（入力電力）を蓄圧部にて圧縮空気として貯蔵でき、必要なときに圧縮空気を膨張機に供給し、発電機を駆動して発電できる。以降、圧縮機にて圧縮空気を製造して蓄圧部にて圧縮空気を貯蔵することを充電ともいい、蓄圧部の圧縮空気を利用して発電機にて発電することを放電ともいう。特に、上記構成では、給電判定部によって給電指令値の大きさが電動機を駆動するために十分な大きさであるか否かを判定でき、放電判定部によって放電指令値の大きさが発電機を駆動するために十分な大きさであるか否かを判定できる。各指令値が十分な大きさでないと判定された場合、即ち規定された最小出力未満の出力を要求された場合、電動機または発電機を単独では駆動させることができないが、入出力調整部によって一方の出力を他方で相殺することで電動機と発電機とを同時に駆動することはできる。具体的には、入力される電力（入力電力）と出力される電力（出力電力）を考慮すると、給電指令値および放電指令値は互いに相殺関係にあるため、給電指令値が足りない場合、給電指令値を増加させ、放電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない給電指令値を確保できる。また、放電指令値が足りない場合、放電指令値を増加させ、給電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない放電指令値を確保できる。仮に、上記のような構成を有していない一般のＣＡＥＳ発電装置では、規定に満たない給電指令値または放電指令値に応答できないが、上記構成によってそのような指令値が与えられた場合でも運転を継続させることができる。
　前記制御装置は、前記給電判定部によって前記給電指令値が前記最小充電電力よりも小さいと判定された場合、前記給電指令値と前記最小充電電力との差を給電不足量として算出する給電不足量演算部をさらに有し、前記入出力調整部は、前記発電機を駆動することで前記給電不足量以上の電力を発電し、前記給電指令値の前記入力電力と前記発電機によって発電された前記給電不足量以上の電力とを合わせた前記最小充電電力以上の電力によって前記電動機を駆動してもよい。
　この構成によれば、給電不足量演算部によって給電不足量を算出でき、入出力調整部によって給電不足量を補うことができるため、電動機を駆動するための最小充電電力を確保できる。従って、規定に満たない給電指令値が与えられた場合でも運転を継続できる。
　前記制御装置は、前記放電判定部によって前記放電指令値が前記最小放電電力よりも小さいと判定された場合、前記放電指令値と前記最小放電電力との差を放電不足量として算出する放電不足量演算部をさらに有し、前記入出力調整部は、前記発電機を最低回転速度以上で駆動し、前記放電不足量以上かつ前記最小充電電力以上の電力によって前記電動機を駆動してもよい。
　この構成によれば、放電不足量演算部によって放電不足量を算出でき、入出力調整部によって放電不足量を解消できるため、発電機を駆動するための最小放電電力を確保できる。従って、規定に満たない放電指令値が与えられた場合でも運転を継続できる。
　前記圧縮機および前記電動機は複数台設けられており、前記制御装置は、前記圧縮機および前記電動機間の駆動時間を平準化するように前記電動機用インバータを制御する圧縮平準化制御部を有してもよい。
　この構成によれば、圧縮平準化制御部によって、それぞれの圧縮機および電動機の駆動時間を平準化できるため、特定の圧縮機および電動機のみが駆動され、劣化することを防止できる。
　前記膨張機および前記発電機は複数台設けられており、前記制御装置は、前記膨張機および前記発電機間の駆動時間を平準化するように前記発電機用インバータを制御する膨張平準化制御部を有してもよい。
　この構成によれば、膨張平準化制御部によって、それぞれの膨張機および発電機の駆動時間を平準化できるため、特定の膨張機および発電機のみが駆動され、劣化することを防止できる。
　本発明によれば、複数の圧縮機または膨張機を備える圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮機または膨張機の回転数制御を好適に行っているため、運転効率を向上できる。
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。 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。 第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の給電と放電に関するグラフ。 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。 第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の制御ブロック図。
　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に示す圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置１は、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電設備２にて発電された電力を圧縮空気の態様で蓄え、必要なときに圧縮空気を用いて発電し、集落、地域冷暖房の対象エリア、規模の大きなショッピングセンター、変電所、または工場などの需要家設備３に電力を供給する装置である。
　本実施形態では、発電設備２には、給電指令送信部２ａが取り付けられている。給電指令送信部２ａは、ＣＡＥＳ発電装置１に給電指令値を送信する。また、需要家設備３には、放電指令送信部３ａが取り付けられている。放電指令送信部３ａは、ＣＡＥＳ発電装置１に放電指令値を送信する。ここで、給電指令値は発電設備２にて発電される電力のうちＣＡＥＳ発電装置１で充電すべき電力（後述する入力電力）のことをいい、放電指令値は需要家設備３がＣＡＥＳ発電装置１に要求する電力（後述する需要電力）のことをいう。後述するように、これらの給電指令値と放電指令値とに基づいて、ＣＡＥＳ発電装置１は、必要な充電および放電を行う。なお、給電指令送信部２ａは、この実施形態では発電設備２に付設されているが、必ずしも発電設備２に付設される必要はなく、変電所などの電力系統の他の場所に設置してもよい。
　ＣＡＥＳ発電装置１は、複数台の圧縮機１０と、蓄圧タンク（蓄圧部）１１と、複数台の膨張機１２とを備える。本実施形態では、３台の圧縮機１０および３台の膨張機１２が配置されている。各圧縮機１０には、モータ（電動機）１３がそれぞれ機械的に接続されている。各モータ１３には電動機用インバータ１４がそれぞれ電気的に接続されている。また、各膨張機１２には、発電機１５がそれぞれ機械的に接続されている。各発電機１５には、発電機用インバータ１６がそれぞれ電気的に接続されている。
　再生可能エネルギーを利用する発電設備２により発電された電力は、受送電設備４と、電動機用インバータ１４とを介して、モータ１３に供給される。以降、発電設備２からモータ１３に供給される電力を入力電力という。
　本実施形態の圧縮機１０は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の圧縮機１０は内部に図示しない一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータはモータ１３と機械的に接続されている。ただし、圧縮機１０は、回転速度制御可能であればよく、スクリュ式に限定されず、例えばスクロール式であってもよい。
　圧縮機１０の吸気口１０ａは、空気配管５ａを通じて外気に連通している。圧縮機１０の吐出口１０ｂは、空気配管５ｂを通じて蓄圧タンク１１に流体的に接続されている。空気配管５ｂには、バルブ６ａが取り付けられており、空気の流動を許容または遮断できる。
　各モータ１３に入力電力が供給されると、各モータ１３が作動し、上記のスクリュロータが回転し、各圧縮機１０を駆動する。各圧縮機１０は、空気配管５ａを通じて吸気口１０ａから空気を吸気し、圧縮して吐出口１０ｂから吐出し、空気配管５ｂを通じて蓄圧タンク１１に圧縮空気を圧送する。
　蓄圧タンク１１は、例えば鋼製のタンクであり、圧縮機１０から圧送された圧縮空気を蓄えている。蓄圧タンク１１は、空気配管５ｃを通じて膨張機１２と流体的に接続されており、蓄圧タンク１１に蓄えられた圧縮空気は空気配管５ｃを通じて膨張機１２に給気される。また、空気配管５ｃには、バルブ６ｂが取り付けられており、空気の流動を許容または遮断できる。
　本実施形態の膨張機１２は、スクリュ式である。そのため、本実施形態の膨張機１２は内部に図示しない一対のスクリュロータを備え、このスクリュロータは発電機１５と機械的に接続されている。ただし、膨張機１２は、回転速度制御可能であればよく、スクリュ式に限定されず、例えばスクロール式であってもよい。
　膨張機１２の給気口１２ａは、前述のように空気配管５ｃを通じて蓄圧タンク１１と流体的に接続されている。膨張機１２の排気口１２ｂは、空気配管５ｄを通じて外気に開放されている。
　各膨張機１２に圧縮空気が給気されると、上記のスクリュロータが回転し、各膨張機１２を駆動し、即ち各発電機１５を駆動する。各膨張機１２で膨張された空気（排気空気）は、各排気口１２ｂから空気配管５ｄを通じて外気に放気される。
　発電機１５は、膨張機１２によって駆動されることで発電する。各発電機１５は、工場などの電力の需要家設備３に電気的に接続されており、各発電機１５で発電した電力は需要家設備３に供給される。
　また、ＣＡＥＳ発電装置１は、制御装置３０を備える。制御装置３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような記憶装置を含むハードウェアと、それに実装されたソフトウェアにより構築されている。
　図１および図２に示すように、制御装置３０には、給電指令受信部３１と、放電指令受信部３２とが電気的に接続されている。給電指令受信部３１は、給電指令送信部２ａから給電指令値を受け、制御装置３０に給電指令値を伝達する。放電指令受信部３２は、放電指令送信部３ａから放電指令値を受け、制御装置３０に放電指令値を伝達する。制御装置３０は、給電指令値および放電指令値に基づいて、電動機用インバータ１４と、発電機用インバータ１６と、バルブ６ａ，６ｂとを制御する。
　本実施形態の制御装置３０は、給電判定部３０ａと、給電不足量演算部３０ｂと、放電判定部３０ｃと、放電不足量演算部３０ｄと、入出力調整部３０ｅとを備える。
　給電判定部３０ａは、給電指令値がモータ１３の最低回転速度に相当する電力（最小充電電力）よりも小さいか否かを判定する。換言すれば、給電判定部３０ａは、給電指令値の入力電力によってモータ１３を駆動できるか否かを判定している。
　給電不足量演算部３０ｂは、給電判定部３０ａによって給電指令値が最小充電電力よりも小さいと判定された場合、給電指令値と最小充電電力との差を給電不足量として算出する。この給電不足量は、給電指令値の入力電力に加えて、モータ１３を駆動するために必要な残りの電力を表している。
　放電判定部３０ｃは、放電指令値が発電機１５の最低回転速度に相当する電力（最小放電電力）よりも小さいか否かを判定する。換言すれば、放電判定部３０ｃは、放電指令値に対し、発電機１５が応答可能であるか否かを判定している。
　放電不足量演算部３０ｄは、放電判定部３０ｃによって放電指令値が最小放電電力よりも小さいと判定された場合、放電指令値と最小放電電力との差を放電不足量として算出する。この放電不足量は、放電指令値に加えて、発電機１５を駆動するために必要な残りの放電量を表している。
　入出力調整部３０ｅは、給電判定部３０ａによって給電指令値が最小充電電力よりも小さいと判定されるか、または、放電判定部によって放電指令値が最小放電電力よりも小さいと判定された場合、電動機用インバータ１４と発電機用インバータ１６を制御し、モータ１３と発電機１５とを同時に駆動する。
　詳細には、給電判定部３０ａによって給電指令値が最小充電電力よりも小さいと判定された場合、入出力調整部３０ｅは、発電機１５を駆動することで給電不足量以上の電力を発電し、給電指令値の入力電力と発電機１５によって発電された給電不足量以上の電力とを合わせた最小充電電力以上の電力によってモータ１３を駆動する。具体的には、給電判定部３０ａによって給電指令値が最小充電電力よりも小さいと判定された場合、入出力調整部３０ｅは、バルブ６ｂを開き、蓄圧タンク１１から膨張機１２に圧縮空気を供給する。そして、入出力調整部３０ｅは、発電機用インバータ１６を制御し、即ち発電機１５の回転速度を制御して給電不足量以上の電力を発電する。そして、入出力調整部３０ｅは、電動機用インバータ１４を制御し、即ちモータ１３の回転速度を制御し、給電指令値の入力電力と上記のように発電機１５によって発電された給電不足量以上の電力とによって駆動可能な出力に調整する。このとき、入出力調整部３０ｅは、バルブ６ａを開き、圧縮機１０から蓄圧タンク１１に圧縮空気を供給できるようにしている。
　また、放電判定部によって放電指令値が最小放電電力よりも小さいと判定された場合、入出力調整部３０ｅは、発電機１５を最低回転速度以上で駆動し、放電不足量以上かつ最小充電電力以上の電力によってモータ１３を駆動する。具体的には、放電判定部によって放電指令値が最小放電電力よりも小さいと判定された場合、入出力調整部３０ｅは、バルブ６ｂを開き、蓄圧タンク１１から膨張機１２に圧縮空気を供給する。そして、入出力調整部３０ｅは、発電機用インバータ１６を制御し、即ち発電機１５の回転速度を制御して最低回転速度以上で駆動する。このとき、放電指令値以上の出力電力を得ることになるため余剰電力が発生している。そして、入出力調整部３０ｅは、電動機用インバータ１４を制御し、即ちモータ１３の回転速度を制御し、この余剰電力を相殺するようにモータ１３を駆動する。このとき、入出力調整部３０ｅは、バルブ６ａを開き、圧縮機１０から蓄圧タンク１１に圧縮空気を供給できるようにしている。
　入出力調整部３０ｅによる制御では、発電機１５によって発電された電力がモータ１３に直接供給されるわけではなく、モータ１３にて消費する電力と発電機１５にて発電する電力とが結果として相殺されている。従って、発電機１５とモータ１３とを接続する電気配線のような追加設備を要することもなく、既存の設備を利用して制御装置３０内のソフトウェアを更新するのみで入出力調整部３０ｅによる制御は実行可能である。
　上記の入出力調整部３０ｅによる制御をグラフ化したものが図３である。図３の横軸は、指令値を表しており、給電指令値は負の値で表され、放電指令値は正の値で表されている。図３の縦軸はモータ１３の出力および発電機１５の出力を表しており、モータ１３の出力（消費される電力）は負の値で表され、発電機１５の出力（発電される電力）は正の値で表されている。横軸の指令値および縦軸の出力は、ともに定格状態を１００％とした割合で示されている。
　本実施形態のモータ１３は、定格出力１００％に対し、最低回転速度での出力（最低出力）が－４０％である。換言すれば、本実施形態のモータ１３は、入力電力の大きさが最小充電電力のとき、定格に対して４０％の出力となる。即ち、本実施形態のモータ１３は、－４０％より大きい指令値に対応できない。また、本実施形態の発電機１５は、定格出力１００％に対し、最低回転速度での出力（最低出力）が１０％である。換言すれば、本実施形態の発電機１５は、最小放電電力で出力するとき、定格に対して１０％の出力となる。即ち、本実施形態の発電機１５は、１０％未満の指令値に対応できない。従って、－４０％から１０％の範囲の指令値に対して、何らの追加の制御を行わない場合には応答できないが、本実施形態では以下のようにして－１００％から１００％の全範囲の指令値に対する応答を実現している。
　図３に示すように、指令値が－４０％以下のとき、即ちモータ１３を定格出力に対して４０％以上の出力で駆動するように給電指令値が与えられたとき、モータ１３はそのまま給電指令値の入力電力によって駆動される。例えば、－５０％の指令値が与えられると、モータ１３の出力はそのまま－５０％となる。このとき、発電機１５は駆動されない。
　指令値が１０％以上のとき、即ち発電機１５を定格出力に対して１０％以上の出力で駆動するように放電指令値が与えられたとき、発電機１５はそのまま放電指令値によって駆動される。例えば、５０％の指令値が与えられると、発電機１５の出力はそのまま５０％となる。このとき、モータ１３は駆動されない。
　指令値が－３０％から０％のとき、モータ１３の最低出力が－４０％であることから、モータ１３を駆動するには給電指令値が足りない。給電指令値および放電指令値は正負の相殺関係にあるため、給電指令値が足りない場合、給電指令値を増加させ、放電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない給電指令値を確保できる。そのため、足りない給電指令値（給電不足量）を給電不足量演算部３０ｂによって前述のように算出し、算出した給電不足量以上の放電指令値を発電機１５に与えて発電する。例えば、－２０％の指令値が与えられると、給電不足量は－２０％と算出される。そのため、給電指令値を－２０％、それに合わせて放電指令値を２０％、それぞれ追加し、合計の指令値としては追加量を０％とする。即ち、発電機１５に対する指令値２０％とモータ１３に対する指令値－４０％とを合わせ、実際の指令値－２０％と一致させ、実際の指令値と齟齬を生じないようにする。これにより、モータ１３に対する指令値が－４０％となるため、モータ１３は最低出力－４０％を達成できる。なお、一般に、モータ１３の出力と発電機１５の出力は、定格に対する割合が同じでも出力効率の観点から絶対値では異なることが多い。そのため、指令値の正確な相殺ができない場合がある。その場合には補正係数を導入し、モータ１３または発電機１５の一方の出力を他方に対して比例的に増加または減少させることで、指令値の相殺が可能となる。
　指令値が－４０％から－３０％のとき、指令値が－３０％から０％のときと概ね同じ制御を行う。ただし、このとき、発電機１５の出力は最低出力１０％に固定される。例えば、－３５％の指令値が与えられると、給電不足量は－５％と算出される。そのため、給電指令値を－５％、それに合わせて放電指令値を５％、それぞれ追加し、合計の指令値としては追加量を０％とすることができる。しかし、本実施形態では、発電機１５の最低出力が１０％であるため、放電指令値を１０％以上確保し、発電機１５を最低出力１０％以上で駆動する必要がある。従って、例えば、－３５％の指令値が与えられると、給電不足量は－５％であるが、給電指令値を－１０％、放電指令値を１０％、それぞれ追加し、合計の指令値としては追加量を０％とする。即ち、発電機１５に対する指令値１０％とモータ１３に対する指令値－４５％とを合わせて、実際の指令値－３５％と一致させ、実際の指令値と齟齬を生じないようにする。これにより、モータ１３に対する指令値が－４５％となるため、モータ１３は最低出力－４０％を達成でき、発電機１５に対する指令値が１０％となるため、発電機１５も最低出力１０％を達成できる。
　指令値が０％から１０％のとき、発電機１５の最低出力が１０％であることから、発電機１５を駆動するには放電指令値が足りない。放電指令値が足りない場合、給電指令値が足りない場合と同様に、放電指令値を増加させ、給電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない放電指令値を確保できる。そのため、足りない放電指令値（放電不足量）を放電不足量演算部３０ｄによって前述のように算出し、算出した放電不足量以上の充電をモータ１３によって行う。例えば、５％の指令値が与えられると、放電不足量は５％と算出される。そのため、放電電指令値を５％、それに合わせて給電指令値を－５％、それぞれ追加し、合計の指令値としては追加量を０％とすることができる。しかし、本実施形態では、モータ１３の最低出力が－４０％であるため、給電指令値を－４０％確保し、モータ１３を最低出力－４０％以下で駆動する必要がある。従って、例えば、５％の指令値が与えられると、放電不足量は５％であるが、放電指令値を４０％、給電指令値を－４０％、それぞれ追加し、合計の指令値としては追加量を０％とする。即ち、発電機１５に対する指令値４５％と圧縮機１０に対する指令値－４０％とを合わせて、実際の指令値５％と一致させ、実際の指令値と齟齬を生じないようにする。これにより、発電機１５に対する指令値が４５％となるため、発電機１５は最低出力１０％を達成でき、モータ１３に対する指令値が－４０％となるため、モータ１３も最低出力－４０％を達成できる。
　本実施形態によれば、給電判定部３０ａによって給電指令値の大きさがモータ１３を駆動するために十分な大きさであるか否かを判定でき、放電判定部３０ｃによって放電指令値の大きさが発電機１５を駆動するために十分な大きさであるか否かを判定できる。各指令値が十分な大きさでないと判定された場合、即ち規定された最小出力未満の出力を要求された場合、モータ１３または発電機１５を単独では駆動させることができないが、入出力調整部３０ｅによって一方の出力を他方で利用することでモータ１３と発電機１５とを同時に駆動することはできる。具体的には、入力される電力（入力電力）と出力される電力（出力電力）を考慮すると、給電指令値および放電指令値は互いに相殺関係にあるため、給電指令値が足りない場合、給電指令値を増加させ、放電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない給電指令値を確保できる。また、放電指令値が足りない場合、放電指令値を増加させ、給電指令値も同じだけ増加させることで両指令値を相殺し、足りない放電指令値を確保できる。仮に、本実施形態のような構成を有していない一般のＣＡＥＳ発電装置では、規定に満たない給電指令値または放電指令値に応答できないが、本実施形態の構成によってそのような指令値が与えられた場合でも運転を継続させることができる。
　また、本実施形態によれば、給電不足量演算部によって給電不足量を算出でき、入出力調整部３０ｅによって給電不足量を補うことができるため、モータ１３を駆動するための最小充電電力を確保できる。従って、規定に満たない給電指令値が与えられた場合でも運転を継続できる。
　また、本実施形態によれば、放電不足量演算部によって放電不足量を算出でき、入出力調整部によって放電不足量を解消できるため、発電機１５を駆動するための最小放電電力を確保できる。従って、規定に満たない放電指令値が与えられた場合でも運転を継続できる。
（第２実施形態）
　図４に示す本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、第１実施形態と異なり、圧縮機１０および膨張機１２が複数台設けられている。これに関する構成以外は、図１の第１実施形態のＣＡＥＳ発電装置１の構成と同様である。従って、図１に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
　本実施形態では、３台の圧縮機１０が設けられており、各圧縮機１０にはモータ１３がそれぞれ機械的に接続されている。各モータ１３には電動機用インバータ１４がそれぞれ電気的に接続されている。また、本実施形態では、３台の膨張機１２が設けられており、各膨張機１２には発電機１５がそれぞれ機械的に接続されている。各発電機１５には発電機用インバータ１６がそれぞれ電気的に接続されている。なお、図４では、詳細を図示していないが、各圧縮機１０から蓄圧タンク１１に選択的に圧縮空気を供給でき、蓄圧タンク１１から各膨張機１２にも選択的に圧縮空気を供給できる。
　本実施形態の制御装置３０は、給電判定部３０ａと、給電不足量演算部３０ｂと、放電判定部３０ｃと、放電不足量演算部３０ｄと、入出力調整部３０ｅと、圧縮平準化制御部３０ｆと、膨張平準化制御部３０ｇとを備える。
　圧縮平準化制御部３０ｆは、圧縮機１０およびモータ１３間の駆動時間を平準化するように電動機用インバータ１４を制御する。具体的には、圧縮機１０およびモータ１３の駆動時間を計測し、駆動時間の少ないものから順に駆動する優先度を高く設定する。この優先度は、初期の運転開始時等に更新されることが好ましい。これにより、駆動中の圧縮機１０およびモータ１３を停止して他の圧縮機１０およびモータ１３を駆動することを防止できるため、安定した運転が可能となる。
　膨張平準化制御部３０ｇは、膨張機１２および発電機１５間の駆動時間を平準化するように発電機用インバータ１６を制御する。具体的には、膨張機１２および発電機１５の駆動時間を計測し、駆動時間の少ないものから順に使用する優先度を高く設定する。優先度は、初期の運転開始時等に更新されることが好ましい。これにより、駆動中の膨張機１２および発電機１５を停止して他の膨張機１２および発電機１５を駆動することを防止できるため、安定した運転が可能となる。
　本実施形態によれば、圧縮平準化制御部３０ｆによって、それぞれの圧縮機１０およびモータ１３の駆動時間を平準化できるため、特定の圧縮機１０およびモータ１３のみが駆動され、劣化することを防止できる。
　また、本実施形態によれば、膨張平準化制御部３０ｇによって、それぞれの膨張機１２および発電機１５の駆動時間を平準化できるため、特定の膨張機１２および発電機１５のみが駆動され、劣化することを防止できる。
　ここで記載した実施形態およびその変形例において、再生可能エネルギーによる発電の対象は、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐等、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充され、かつ不規則に変動するエネルギーを利用したもの全てを対象とすることが可能である。また、商用電力を入力電力として、工場内の他の大電力を消費する機器によって電力が変動するものであってもよい。
　以上により、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。
　　１　ＣＡＥＳ発電装置
　　２　発電設備
　　２ａ　給電指令送信部
　　３　需要家設備
　　３ａ　放電指令送信部
　　４　受送電設備
　　５ａ～５ｄ　空気配管
　　６ａ，６ｂ　バルブ
　　１０　圧縮機
　　１０ａ　吸気口
　　１０ｂ　吐出口
　　１１　蓄圧タンク（蓄圧部）
　　１２　膨張機
　　１２ａ　給気口
　　１２ｂ　排気口
　　１３　モータ（電動機）
　　１４　電動機用インバータ
　　１５　発電機
　　１６　発電機用インバータ
　　３０　制御装置
　　３０ａ　給電判定部
　　３０ｂ　給電不足量演算部
　　３０ｃ　放電判定部
　　３０ｄ　放電不足量演算部
　　３０ｅ　入出力調整部
　　３０ｆ　圧縮平準化制御部
　　３０ｇ　膨張平準化制御部
　　３１　給電指令受信部
　　３２　放電指令受信部

Claims (5)

  1. 　変動する入力電力により駆動される電動機と、
    　前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機と、
    　前記圧縮機から吐出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、
    　前記膨張機によって駆動され、需要家設備に変動する出力電力を供給する発電機と、
    　前記電動機の回転速度を変更する電動機用インバータと、
    　前記発電機の回転速度を変更する発電機用インバータと、
    　前記入力電力の給電前に前記入力電力を給電指令値として受信する給電指令受信部と、
    　前記出力電力の出力前に前記需要家設備からの需要電力を放電指令値として受信する放電指令受信部と、
    　前記給電指令値が前記電動機の最低回転速度に相当する最小充電電力よりも小さいか否かを判定する給電判定部と、前記放電指令値が前記発電機の最低回転速度に相当する最小放電電力よりも小さいか否かを判定する放電判定部と、前記給電判定部によって前記給電指令値が前記最小充電電力よりも小さいと判定されるか、または、前記放電判定部によって前記放電指令値が前記最小放電電力よりも小さいと判定された場合、前記電動機用インバータと前記発電機用インバータを制御し、前記電動機と前記発電機とを同時に駆動する入出力調整部とを有する制御装置と
    　を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記給電判定部によって前記給電指令値が前記最小充電電力よりも小さいと判定された場合、前記給電指令値と前記最小充電電力との差を給電不足量として算出する給電不足量演算部をさらに有し、
    　前記入出力調整部は、前記発電機を駆動することで前記給電不足量以上の電力を発電し、前記給電指令値の前記入力電力と前記発電機によって発電された前記給電不足量以上の電力とを合わせた前記最小充電電力以上の電力によって前記電動機を駆動する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記放電判定部によって前記放電指令値が前記最小放電電力よりも小さいと判定された場合、前記放電指令値と前記最小放電電力との差を放電不足量として算出する放電不足量演算部をさらに有し、
    　前記入出力調整部は、前記発電機を最低回転速度以上で駆動し、前記放電不足量以上かつ前記最小充電電力以上の電力によって前記電動機を駆動する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。
  4. 　前記圧縮機および前記電動機は複数台設けられており、
    　前記制御装置は、前記圧縮機および前記電動機間の駆動時間を平準化するように前記電動機用インバータを制御する圧縮平準化制御部を有する、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装置。
  5. 　前記膨張機および前記発電機は複数台設けられており、
    　前記制御装置は、前記膨張機および前記発電機間の駆動時間を平準化するように前記発電機用インバータを制御する膨張平準化制御部を有する、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装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313418A (zh) * 2020-04-01 2020-06-19 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种压缩空气储能的电力系统及其调度方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6889604B2 (ja) * 2017-04-26 2021-06-18 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置
US20230213149A1 (en) * 2021-12-31 2023-07-06 Kepler Energy Systems, Inc. Power Shift System to Store and Distribute Energy

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09191586A (ja) * 1996-01-08 1997-07-22 Tomijiro Ikeda 電力変換貯蔵方法
JP2011106333A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Yamatake Corp 圧縮空気供給システムおよび方法
JP2016034211A (ja) 2014-07-31 2016-03-10 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016121675A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016211515A (ja) * 2015-05-13 2016-12-15 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016220350A (ja) * 2015-05-18 2016-12-22 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電方法及び圧縮空気貯蔵発電装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10236325A1 (de) * 2001-08-17 2003-02-27 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zum Betreiben einer Gasspeicherkraftanlage
US8478625B2 (en) * 2001-08-17 2013-07-02 Alstom Technology Ltd Method for operating a gas storage power plant
DE102011112280B4 (de) * 2011-09-05 2022-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Anlage zur Speicherung von Energie mittels Druckluft
GB2495955A (en) * 2011-10-26 2013-05-01 Alstom Technology Ltd Compressed air energy storage system
ES2423973B1 (es) * 2012-02-23 2014-09-08 Prextor Systems, S.L. Tecnología caes de ciclo combinado (CCC)
JP6510876B2 (ja) * 2015-05-01 2019-05-08 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電方法および圧縮空気貯蔵発電装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09191586A (ja) * 1996-01-08 1997-07-22 Tomijiro Ikeda 電力変換貯蔵方法
JP2011106333A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Yamatake Corp 圧縮空気供給システムおよび方法
JP2016034211A (ja) 2014-07-31 2016-03-10 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016121675A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016211515A (ja) * 2015-05-13 2016-12-15 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法
JP2016220350A (ja) * 2015-05-18 2016-12-22 株式会社神戸製鋼所 圧縮空気貯蔵発電方法及び圧縮空気貯蔵発電装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3618224A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313418A (zh) * 2020-04-01 2020-06-19 国网四川省电力公司电力科学研究院 一种压缩空气储能的电力系统及其调度方法

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