特許 6752762 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6752762

(24)【登録日】2020年8月21日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 6/16 20060101AFI20200831BHJP

   F02C 1/04 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   F02C6/16

   F02C1/04

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-140887(P2017-140887)

(22)【出願日】2017年7月20日

(65)【公開番号】特開2019-19791(P2019-19791A)

(43)【公開日】2019年2月7日

【審査請求日】2019年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】久保 洋平

(72)【発明者】

【氏名】戸島 正剛

(72)【発明者】

【氏名】松田 治幸

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２１１４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０９５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第２５２８４４９（ＧＢ，Ａ）

【文献】 米国特許第９０８０５７４（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ６／１６

Ｆ０２Ｃ １／０４

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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高温蓄熱部と、
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熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
不活性ガスが充填された前記高温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された前記低温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された調整部と、前記調整部を前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第１流路と、前記調整部を前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第２流路とを少なくとも備える不活性ガス流路系と、
前記調整部と前記高温蓄熱部の前記気相部との間の前記第１流路を介した連通と遮断の切換と、前記調整部と前記低温蓄熱部の前記気相部との間の前記第２流路を介した連通と遮断の切換とを少なくとも実行可能な流路切換部と、
前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力を検出する第１圧力センサと、
前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力を検出する第２圧力センサと、
前記調整部の圧力を検出する第３圧力センサと、
前記第１及び第２流路を介した前記調整部への前記不活性ガスの流出と、前記第１及び第２流路を介した前記調整部からの前記不活性ガスの流入とによって、前記高温蓄熱部の前記気相部が第１基準圧力に維持され、かつ前記低温蓄熱部の前記気相部が第２基準圧力に維持されるように、少なくとも前記第１から第３圧力センサの検出圧力に基づいて前記流路切換部を制御する制御部と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１から第３圧力センサの前記検出圧力に加え、充電運転中と発電運転中のいずれであるかに基づいて、前記流路切換部を制御する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記充電運転中、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させる、請求項２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記充電運転中、前記２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御する、請求項２又は請求項３に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記発電運転中、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記発電運転中、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項7】

前記高温蓄熱部内の前記熱媒の液面高さを検出する第１液面高さセンサと、
前記低温蓄熱部内の前記熱媒の液面高さを検出する第２液面高さセンサと
をさらに備え、
前記制御部は、前記第１から第３圧力センサの前記検出圧力に加え、前記第１及び第２液面高さセンサの検出液面高さに基づいて、前記流路切換部を制御する、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１液面高さセンサの検出液面高さが上昇傾向にあるとき、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させる、請求項７に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記第１液面高さセンサの検出液面高さが降下傾向にあるとき、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させる、請求項７又は請求項８に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記第２液面高さセンサの検出液面高さが上昇傾向にあるとき、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させる、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第２液面高さセンサの検出液面高さが降下傾向にあるとき、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させる、請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項12】

前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続された第１不活性ガス源と、
前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続された第２不活性ガス源と
をさらに備える、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項13】

前記高温蓄熱部の前記気相部を大気と連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な第１排出部と、
前記低温蓄熱部の前記気相部を大気と連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な第２排出部と
をさらに備える、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項14】

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高温蓄熱部と、
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熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、
不活性ガスが充填された前記高温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された前記低温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された調整部と、前記調整部を前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第１流路と、前記調整部を前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第２流路とを少なくとも備える不活性ガス流路系と、
前記不活性ガス流路系を、前記調整部と前記高温蓄熱部の前記気相部との間の前記第１流路を介した連通と遮断の切換と、前記調整部と前記低温蓄熱部の前記気相部との間の前記第２流路を介した連通と遮断の切換とを少なくとも実行可能な流路切換部と
を備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、
前記第１及び第２流路を介した前記調整部への前記不活性ガスの流出と、前記第１及び第２流路を介した前記調整部からの前記不活性ガスの流出とによって、前記高温蓄熱部の前記気相部が第１基準圧力に維持され、かつ前記低温蓄熱部の前記気相部が第２基準圧力に維持されるように、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力、及び前記調整部の圧力に少なくとも基づいて、前記流路切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

変動する不安定な発電出力を平滑化又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、余剰発電電力が生じた際に圧縮機で圧縮空気を生成して空気圧力としてエネルギーを蓄えておき、必要なときに圧縮空気で膨張機を作動させて発電機で電気に再変換する。

【0003】

特許文献１に開示された圧縮空気貯蔵発電装置は、第１熱交換器、高温熱媒タンク、第２熱交換器、及び低温熱媒タンクを含む熱媒流路を備えている。圧縮機から吐出された圧縮空気は、第１熱交換器における熱媒との熱交換によって熱回収された後、蓄圧タンクに貯蔵される。熱回収により昇温した熱媒は、高温熱媒タンクに回収される。蓄圧タンクに貯蔵された圧縮空気は、第２熱交換器における熱媒との熱交換によって加熱された後、膨張機に供給される。熱交換により降温した熱媒体は、低温熱媒タンクに回収される。熱媒流路には、熱媒を循環させるためのポンプが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−２１１４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

高温熱媒タンクと低温熱媒タンクに不活性ガスを供給することで、熱媒の劣化を抑制できる。しかし、特許文献１を含む圧縮空気貯蔵発電装置に関する先行技術文献は、不活性ガスの消費量の低減について、特段の教示を含まない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、熱媒の劣化を抑制するための不活性ガスの消費量を低減することを課題とする。

【0007】

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高温蓄熱部と、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熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、不活性ガスが充填された前記高温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された前記低温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された調整部と、前記調整部を前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第１流路と、前記調整部を前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第２流路とを少なくとも備える不活性ガス流路系と、前記調整部と前記高温蓄熱部の前記気相部との間の前記第１流路を介した連通と遮断の切換と、前記調整部と前記低温蓄熱部の前記気相部との間の前記第２流路を介した連通と遮断の切換とを少なくとも実行可能な流路切換部と、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力を検出する第１圧力センサと、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力を検出する第２圧力センサと、前記調整部の圧力を検出する第３圧力センサと、前記第１及び第２流路を介した前記調整部への前記不活性ガスの流出と、前記第１及び第２流路を介した前記調整部からの前記不活性ガスの流入とによって、前記高温蓄熱部の前記気相部が第１基準圧力に維持され、かつ前記低温蓄熱部の前記気相部が第２基準圧力に維持されるように、少なくとも前記第１から第３圧力センサの検出圧力に基づいて前記流路切換部を制御する制御部とを備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

【0008】

前記調整部への前記不活性ガスの流出と、前記調整部からの前記不活性ガスの流入とによって、前記高温蓄熱部の前記気相部が前記第１基準圧力に維持され、かつ前記低温蓄熱部の前記気相部が前記第２基準圧力に維持される。よって、前記第１基準圧力に維持するための、前記高温蓄熱部の前記気相部に対する前記不活性ガス流路系外からの前記不活性ガスの供給と、前記不活性ガス流路系外への前記不活性ガスの排出とを、不要ないしは量的に抑制できる。また、前記第２基準圧力に維持するための、前記低温蓄熱部の前記気相部に対する前記不活性ガス流路系外からの前記不活性ガスの供給と、前記不活性ガス流路系外への前記不活性ガスの排出とを、不要ないしは量的に抑制できる。つまり、不活性ガスの消費量を低減できる。

【0009】

具体的には、前記制御部は、前記第１から第３圧力センサの前記検出圧力に加え、充電運転中と発電運転中のいずれであるかに基づいて、前記流路切換部を制御してもよい。

【0010】

より具体的には、前記制御部は、前記充電運転中、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させてもよい。

【0011】

この構成によれば、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記高温蓄熱部の前記気相部から前記調整部へ前記不活性ガスが流出し、前記高温蓄熱部の前記気相部が減圧される。その結果、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第１基準圧力に近づく。

【0012】

また、前記制御部は、前記充電運転中、前記２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御してもよい。

【0013】

この構成によれば、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記低温蓄熱部の前記気相部に前記調整部から前記不活性ガスが流入し、前記低温蓄熱部の前記気相部が昇圧される。その結果、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第２基準圧力に近づく。

【0014】

さらに、前記制御部は、前記発電運転中、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御してもよい。

【0015】

この構成によれば、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記高温蓄熱部の前記気相部に前記調整部から前記不活性ガスが流入し、前記高温蓄熱部の前記気相部が昇圧される。その結果、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第１基準圧力に近づく。

【0016】

さらにまた、前記制御部は、前記発電運転中、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させるように、前記流路切換部を制御してもよい。

【0017】

この構成によれば、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記低温蓄熱部の前記気相部から前記調整部に前記不活性ガスが流出し、前記低温蓄熱部の前記気相部が減圧される。その結果、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第２基準圧力に近づく。

【0018】

代案としては、前記高温蓄熱部内の前記熱媒の液面高さを検出する第１液面高さセンサと、前記低温蓄熱部内の前記熱媒の液面高さを検出する第２液面高さセンサとをさらに備え、前記制御部は、前記第１から第３圧力センサの前記検出圧力に加え、前記第１及び第２液面高さセンサの検出液面高さに基づいて、前記流路切換部を制御してもよい。
具体的には、前記制御部は、前記第１液面高さセンサの検出液面高さが上昇傾向にあるとき、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させてもよい。

【0019】

この構成によれば、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記高温蓄熱部の前記気相部から前記調整部へ前記不活性ガスが流出し、前記高温蓄熱部の前記気相部が減圧される。その結果、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第１基準圧力に近づく。

【0020】

また、前記制御部は、前記第１液面高さセンサの検出液面高さが降下傾向にあるとき、前記第１圧力センサの前記検出圧力が、前記第１基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させてもよい。

【0021】

この構成によれば、前記高温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記高温蓄熱部の前記気相部に前記調整部から前記不活性ガスが流入し、前記高温蓄熱部の前記気相部が昇圧される。その結果、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第１基準圧力に近づく。

【0022】

さらに、前記制御部は、前記第２液面高さセンサの検出液面高さが上昇傾向にあるとき、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも高く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも高ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させてもよい。

【0023】

この構成によれば、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記低温蓄熱部の前記気相部から前記調整部から前記不活性ガスが流出し、前記低温蓄熱部の前記気相部が減圧される。その結果、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第２基準圧力に近づく。

【0024】

さらにまた、前記制御部は、前記第２液面高さセンサの検出液面高さが降下傾向にあるとき、前記第２圧力センサの前記検出圧力が、前記第２基準圧力よりも低く、かつ前記第３圧力センサの前記検出圧力よりも低ければ、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させてもよい。

【0025】

この構成によれば、前記低温蓄熱部の前記気相部と前記調整部とを流体的に連通させることで、前記低温蓄熱部の前記気相部に前記調整部から前記不活性ガスが流入し、前記低温蓄熱部の前記気相部が昇圧される。その結果、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力は、前記第２基準圧力に近づく。

【0026】

前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続された第１不活性ガス源と、前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続された第２不活性ガス源とをさらに備えてもよい。

【0027】

前記圧縮空気貯蔵発電装置は、前記高温蓄熱部の前記気相部を大気と連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な第１排出部と、前記低温蓄熱部の前記気相部を大気と連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な第２排出部とをさらに備えてもよい。

【0028】

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高温蓄熱部と、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熱媒を貯蔵する低温蓄熱部と、不活性ガスが充填された前記高温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された前記低温蓄熱部の気相部と、前記不活性ガスが充填された調整部と、前記調整部を前記高温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第１流路と、前記調整部を前記低温蓄熱部の前記気相部に流体的に接続する第２流路とを少なくとも備える不活性ガス流路系と、前記不活性ガス流路系を、前記調整部と前記高温蓄熱部の前記気相部との間の前記第１流路を介した連通と遮断の切換と、前記調整部と前記低温蓄熱部の前記気相部との間の前記第２流路を介した連通と遮断の切換とを少なくとも実行可能な流路切換部とを備える圧縮空気貯蔵発電装置を準備し、前記第１及び第２流路を介した前記調整部への前記不活性ガスの流出と、前記第１及び第２流路を介した前記調整部からの前記不活性ガスの流出とによって、前記高温蓄熱部の前記気相部が第１基準圧力に維持され、かつ前記低温蓄熱部の前記気相部が第２基準圧力に維持されるように、前記高温蓄熱部の前記気相部の圧力、前記低温蓄熱部の前記気相部の圧力、及び前記調整部の圧力に少なくとも基づいて、前記流路切換部を制御する、圧縮空気貯蔵発電方法を提供する。

【発明の効果】

【0029】

本発明により、圧縮空気貯蔵発電装置における、熱媒の劣化を抑制するための不活性ガスの消費量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】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2】本発明の第１実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置における不活性ガス流路系の制御（主制御）を説明するためのフローチャート。

【図3】図２のステップＳ２０２の詳細を示すフローチャート。

【図4】図２のステップＳ２０３の詳細を示すフローチャート。

【図5】図２のステップＳ２０４の詳細を示すフローチャート。

【図6】図２のステップＳ２０５の詳細を示すフローチャート。

【図7】高温熱媒タンク系の補助制御を説明するためのフローチャート。

【図8】低温熱媒タンク系の補助制御を説明するためのフローチャート。

【図9】図３のステップＳ３０３における弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。

【図10】図４のステップＳ４０３における弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。

【図11】図５のステップＳ５０３における弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。

【図12】図６のステップＳ６０３における弁の開閉状態の設定を示す概略構成図。

【図13】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14】本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置における高温熱媒タンク系の制御を説明するためのフローチャート。

【図15】本発明の第２実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置における低温熱媒タンク系の制御を説明するためのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0031】

（第１実施形態）
図１を参照すると、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）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装置２の出力変動を平準化して電力系統３に電力を供給すると共に、電力需要の変動に合わせた電力を電力系統３に供給する。

【0032】

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、空気流路系４、熱媒流路系５、及び不活性ガス流路系６を備える。

【0033】

（空気流路系）
空気流路系４には、圧縮機８、第１熱交換器（第１熱交換部）９、蓄圧タンク（蓄圧部）１０、第２熱交換器（第２熱交換部）１１、及び膨張機１２が設けられている。空気流路系４は、空気流路１３ａ〜１３ｄを備える。

【0034】

圧縮機８には、電動機１４が機械的に接続されている。電動機１４には、発電装置２が電気的に接続されている。発電装置２は、風力、太陽光、太陽熱、波力のような再生可能エネルギーにより発電する。電動機１４は、発電装置２からの変動する入力電力によって駆動される。電動機１４は電力系統から給電されるものでもよい。圧縮機８の吸込口８ａは、吸気のための空気流路１３ａに流体的に接続されている。圧縮機８の吐出口８ｂは、空気流路１３ｂを介して蓄圧タンク１０に流体的に接続されている。空気流路１３ｂには、第１熱交換器９が設けられている。

【0035】

本実施形態の圧縮機８は、スクリュ式である。スクリュ式の圧縮機８は、回転数制御可能であるため、不規則に変動する入力電力に応答性良く追従でき、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。圧縮機８は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。

【0036】

蓄圧タンク１０は、圧縮空気を貯蔵してエネルギーとして蓄積できる。蓄圧タンク１０は、空気流路１３ｃによって膨張機１２の給気口１２ａと流体的に接続されている。空気流路１３ｃには、第２熱交換器１１が設けられている。

【0037】

膨張機１２には、発電機１５が機械的に接続されている。発電機１５は電力系統３に電気的に接続されている。膨張機１２の排気口１２ｂは、排気のための空気流路１３ｄに流体的に接続されている。

【0038】

本実施形態の膨張機１２は、スクリュ式である。スクリュ式の膨張機１２は、回転数制御可能である点で、ＣＡＥＳ発電装置１の構成要素として好ましい。膨張機１２は、スクロール式、ターボ式、レシプロ式のようなスクリュ式以外のものでもよい。

【0039】

（熱媒流路系）
熱媒流路系５には、第１熱交換器９、高温熱媒タンク（高温蓄熱部）１７、第２熱交換器１１、及び低温熱媒タンク（低温蓄熱部）１８が順に設けられている。熱媒流路系５は、熱媒流路１９ａ，１９ｂを備える。後述するポンプ２１Ａ，２１Ｂにより、熱媒流路系５を液体の熱媒が循環している。熱媒の種類は特に限定されないが、例えば鉱物油系、グリコール系、または合成油系の熱媒を使用できる。

【0040】

高温熱媒タンク１７の内部には、熱媒が貯蔵された部分（液相部１７ａ）と、熱媒が貯蔵されておらずＮ２ガス（不活性ガス）が充填された気相部１７ｂとがある。同様に、低温熱媒タンク１８の内部には、熱媒が貯蔵された液相部１８ａと、Ｎ２ガスが充填された気相部１８ｂとがある。

【0041】

熱媒流路１９ａは、高温熱媒タンク１７の液相部１７ａと低温熱媒タンク１８の液相部１８ａとを流体的に接続している。熱媒流路１９ａでは、後に詳述するように、低温熱媒タンク１８から高温熱媒タンク１７へ熱媒が流れる。熱媒流路１９ａには、第１熱交換器９が設けられている。熱媒流路１９ａは、低温熱媒タンク１８と第１熱交換器９との間に、後述の制御装置３７により開閉制御可能な弁Ｖ７と、ポンプ２１Ａとを備える。また、熱媒流路１９ａは、第１熱交換器９と高温熱媒タンク１７との間に、逆止弁２２Ａを備える。逆止弁２２Ａは、高温熱媒タンク１７に向かう熱媒の流れを許容するが、それとは逆向きの熱媒の流れを遮断する。

【0042】

熱媒流路１９ｂは、高温熱媒タンク１７の液相部１７ａと低温熱媒タンク１８の液相部１８ａとを流体的に接続している。熱媒流路１９ｂでは、後に詳述するように、高温熱媒タンク１７から低温熱媒タンク１８へ熱媒が流れる。熱媒流路１９ｂには、第２熱交換器１１が設けられている。熱媒流路１９ｂは、高温熱媒タンク１７と第２熱交換器１１との間に、開閉制御可能な弁Ｖ８と、ポンプ２１Ｂとを備える。また、熱媒流路１９ｂは、第２熱交換器１１と低温熱媒タンク１８との間に、逆止弁２２Ｂを備える。逆止弁２２Ｂは、低温熱媒タンク１８に向かう熱媒の流れを許容するが、それとは逆向きの熱媒の流れを遮断する。

【0043】

（不活性ガス流路系）
不活性ガス流路系６は、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂ、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂ、２個のＮ２ボンベ（不活性ガス源）２５Ａ，２５Ｂ、及び調整タンク（調整部）２４を備える。不活性ガス流路系６には、Ｎ２ボンベ２５Ａ，２５Ｂにより供給されるＮ２ガスが充填されている。特に、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂと低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂとに充填されたＮ２ガスにより、これらの熱媒タンク１７，１８に貯蔵された熱媒の酸化劣化が抑制ないし防止されている。Ｎ２ボンベ２５に代えて、ＡｒのようなＮ２以外の不活性ガスを供給する不活性ガス源を採用してもよい。つまり、Ｎ２以外の不活性ガスを不活性ガス流路系６に充填してもよい。

【0044】

一方のＮ２ボンベ２５Ａは不活性ガス流路２６ａを介して高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂに流体的に接続され、他方のＮ２ボンベ２５Ｂは不活性ガス流路２６ｂを介して低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂに流体的に接続されている。

【0045】

高温熱媒タンク１７には、気相部１７ｂの圧力、すなわち充填されているＮ２ガスの圧力を検出するための圧力センサ３１Ａが設けられている。同様に、低温熱媒タンク１８には、気相部１８ｂの圧力、すなわち充填されているＮ２ガスの圧力を検出するための圧力センサ３１Ｂが設けられている。以下の説明では、圧力センサ３１Ａの検出圧力を圧力Ｐｈと呼び、圧力センサ３１Ｂの検出圧力を圧力Ｐｌと呼ぶ。

【0046】

高温熱媒タンク１７には、気相部１７ｂを大気に連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な弁Ｖ５（第１排出部）が設けられている。同様に、低温熱媒タンク１８には、気相部１８ｂを大気に連通する状態と大気から遮断された状態とに切換可能な弁Ｖ６（第２排出部）が設けられている。

【0047】

調整タンク２４にはＮ２ガスが充填されている。調整タンク２４は、不活性ガス流路２６ｃ（第１流路）を介して高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂと流体的に接続されている。また、調整タンク２４は、不活性ガス流路２６ｄ（第２流路）を介して低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂと流体的に接続されている。調整タンク２４の容積は、特に限定されないが、高温熱媒タンク１７と低温熱媒タンク１８の容積等に応じて、後述する制御が可能となるように設定される。本実施形態では、不活性ガス流路系６は単一の調整タンク２４を備えるが、互いに流体的に連通された複数の調整タンクを備えていてもよい。

【0048】

調整タンク２４には、調整タンク２４内の圧力、すなわち充填されているＮ２ガスの圧力を検出するための圧力センサ３１Ｃが設けられている。以下の説明では、圧力センサ３１Ｃの検出圧力を圧力Ｐｂと呼ぶ。

【0049】

（流路切換部）
不活性ガス流路系６の連通状態を切り換えるために、流路切換部２８が設けられている。流路切換部２８は、いずれも開閉制御可能な弁である弁Ｖ１〜Ｖ４を備える。

【0050】

弁Ｖ１は、調整タンク２４と高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂを接続する不活性ガス流路２６ｃに介装されている。弁Ｖ１が開弁すると調整タンク２４と高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが不活性ガス流路２６ｃを介して連通し、弁Ｖ１が閉弁すると連通が遮断される。弁Ｖ１の開弁時には、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが調整タンク２４の圧力Ｐｂよりも高ければ、高温熱媒タンク１７内のＮ２ガスが不活性ガス流路２６ｃを介して調整タンク２４に流出する。また、弁Ｖ１の開弁時には、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが調整タンク２４の圧力Ｐｂよりも低ければ、不活性ガス流路２６ｃを介して調整タンク２４から高温熱媒タンク１７にＮ２ガスが流入する。

【0051】

弁Ｖ２は、調整タンク２４と低温熱媒タンク１８の気相部１７ｂを接続する不活性ガス流路２６ｄに介装されている。弁Ｖ２が開弁すると調整タンク２４と低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが不活性ガス流路２６ｄを介して連通し、弁Ｖ２が閉弁すると連通が遮断される。弁Ｖ２の開弁時には、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが調整タンク２４の圧力Ｐｂよりも高ければ、低温熱媒タンク１８内のＮ２ガスが不活性ガス流路２６ｄを介して調整タンク２４に流出する。また、弁Ｖ２の開弁時には、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが調整タンク２４の圧力Ｐｂよりも低ければ、不活性ガス流路２６ｄを介して調整タンク２４から低温熱媒タンク１８にＮ２ガスが流入する。

【0052】

弁Ｖ３は、Ｎ２ボンベ２５Ａと高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂを接続する不活性ガス流路２６ａに介装されている。弁Ｖ３の開弁時には、Ｎ２ボンベ２５Ａが高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂに連通し、Ｎ２ボンベ２５Ａから高温熱媒タンク１７にＮ２ガスが供給される。弁Ｖ３の閉弁時には、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂはＮ２ボンベ２５Ａに対して流体的に遮断される。つまり、弁Ｖ３の閉弁時には、高温熱媒タンク１７に対してＮ２ガスは供給されない。

【0053】

弁Ｖ４は、Ｎ２ボンベ２５Ｂと低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂを接続する不活性ガス流路２６ｂに介装されている。弁Ｖ４の開弁時には、Ｎ２ボンベ２５Ｂが低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂに連通し、Ｎ２ボンベ２５Ｂから低温熱媒タンク１８にＮ２ガスが供給される。弁Ｖ４の閉弁時には、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂはＮ２ボンベ２５Ｂに対して流体的に遮断される。つまり、弁Ｖ４の開弁時には、低温熱媒タンク１８に対してＮ２ガスは供給されない。

【0054】

（圧縮機ユニット）
圧縮機８、電動機１４、第１熱交換器９、及びポンプ２１Ａは、圧縮機ユニット３４を構成する。圧縮機ユニット３４は、複数台の圧縮機を備える多段式であって、複数の第１熱交換器を備えていてもよい。

【0055】

（発電機ユニット）
膨張機１２、発電機１５、第２熱交換器１１、及びポンプ２１Ｂは、発電機ユニット３５を構成する。発電機ユニット３５は、複数台の膨張機を備える多段式であって、複数の第２熱交換器を備えていてもよい。

【0056】

（制御装置）
制御装置３７は、種々の入力（例えば、圧力センサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが検出した圧力Ｐｈ，Ｐｌ，Ｐｂ）に基づいて、ＣＡＥＳ発電装置１は種々の構成要素を統括的に制御する。このような要素には、圧縮機８を駆動する電動機１４、ポンプ２１Ａ，２１Ｂ、弁Ｖ１〜Ｖ８が含まれる。制御装置３７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できる。

【0057】

（充電運転）
図９を参照すると、充電運転時には、ポンプ２１Ａが作動し、ポンプ２１Ｂは非作動である。また、バルブＶ７が開弁され、バルブＶ８は閉弁される。

【0058】

充電運転時には、発電装置２から入力される変動する電力により電動機１４が駆動され、電動機１４によって圧縮機８が駆動される。圧縮機８は空気流路１３ａを介して供給される空気を吸込口８ａから吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。圧縮機８の吐出口８ｂから吐出された圧縮空気は、空気流路１３ｂを通って蓄圧タンク１０に圧送され、蓄圧タンク１０に貯蔵される。つまり、蓄圧タンク１０は、圧縮空気を貯蔵してエネルギーとして蓄積する。圧縮空気は、蓄圧タンク１０に圧送される前に、第１熱交換器９を通過する。

【0059】

充電運転時には、ポンプ２１Ａによって、低温熱媒タンク１８に貯蔵された熱媒が、熱媒流路１９ａを通って高温熱媒タンク１７に送られる。熱媒は、高温熱媒タンク１７に送られる前に、第１熱交換器９を通過する。

【0060】

圧縮機８の吐出口８ｂから吐出された圧縮空気は、圧縮の際に生じる圧縮熱により高温となっている。第１熱交換器９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、熱媒は加熱される。従って、蓄圧タンク１０には、第１熱交換器９における熱交換によって降温した圧縮空気が貯蔵される。また、高温熱媒タンク１７には、第１熱交換器９での熱交換後の昇温した熱媒が貯蔵される。

【0061】

（発電運転）
図１１を参照すると、発電運転時には、ポンプ２１Ｂが作動し、ポンプ２１Ａは非作動である。また、バルブＶ８が開弁され、バルブＶ７は閉弁される。

【0062】

発電運転時には、蓄圧タンク１０から送出された圧縮空気が、空気流路１３ｃを通って膨張機１２の給気口１２ａに供給される。圧縮空気は、膨張機１２に供給される前に、第２熱交換器１１を通過する。給気口１２ａに給気された圧縮空気によって膨張機１２が作動し、発電機１５が駆動される。発電機１５で発電した電力は電力系統３に供給される。膨張機１２で膨張された空気は、排気口１２ｂから空気流路１３ｄを通って排気される。

【0063】

発電運転時には、ポンプ２１Ｂによって、高温熱媒タンク１７に貯蔵された熱媒が、熱媒流路１９ｂを通って低温熱媒タンク１８に送られる。熱媒は、高温熱媒タンク１７に送られる前に、第２熱交換器１１を通過する。

【0064】

膨張機１２では、膨張時の吸熱により空気の温度が低下する。そのため、膨張機１２に給気される圧縮空気は、高温であることが好ましい。第２熱交換器１１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、熱媒は冷却される。従って、膨張機１２には、第２熱交換器１１における熱交換によって昇温した圧縮空気が供給される。また、低温熱媒タンク１８には、第２熱交換器１１での熱交換後の降温した熱媒が貯蔵される。

【0065】

（不活性ガス流路系の制御）
以下、不活性ガス流路系６の制御、より具体的には制御装置３７による流路切換部２８を構成する弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉制御を説明する。後述する制御Ｈ１，Ｈ２，Ｌ１，Ｌ２のいずれの開始時にも、弁Ｖ１〜Ｖ６は閉弁に設定されている。

【0066】

本実施形態の制御装置３７は、以下に基づいて弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態を制御する（主制御）。
・ＣＡＥＳ発電装置１が充電運転と発電運転のいずれを実行中であるか。
・圧力センサ３１Ａにより検出された高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが、基準圧力Ｐｈｓｔ（第１基準圧力）と圧力センサ３１Ｃにより検出された調整タンク２４の圧力Ｐｂとに対して高いか否か。
・圧力センサ３１Ｂにより検出された低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが、基準圧力Ｐｌｓｔ（第２基準圧力）と圧力センサ３１Ｃにより検出された調整タンク２４の圧力Ｐｂとに対して高いか否か。

【0067】

基準圧力Ｐｈｓｔは、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの標準的な圧力である。言い換えれば、圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔを大きく上回らず、かつ大きく下回らなければ、高温熱媒タンク１７内に適切な量のＮ２ガスが充填されているとみなせる。また、基準圧力Ｐｌｓｔは、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの標準的な圧力であり、圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔを大きく上回らず、かつ大きく下回らなければ、低温熱媒タンク１８内に適切な量のＮ２ガスが充填されているとみなせる。

【0068】

制御装置３７は、主として、不活性ガス流路２６ｃ，２６ｄを介した調整タンク２４へのＮ２ガスの流出と、不活性ガス流路２６ｃ，２６ｄを介した調整タンク２４からのＮ２ガスの流入とを、弁Ｖ１，Ｖ２の開閉により制御する。制御装置３７は、この制御を通じて、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂを基準圧力Ｐｈｓｔに維持し、かつ低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂを基準圧力に維持しようとする。

【0069】

以下、図２から図６のフローチャートを参照し、制御装置３７によって実行される主制御をより具体的に説明する。以下の説明では、不活性ガス流路系６と流路切換部２８の構成要素のうち、高温熱媒タンク１７、調整タンク２４、Ｎ２ボンベ２５Ａ、及びこれらに関する不活性流路２６ａ，２６ｃと弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５を総称して「高温熱媒タンク系」と呼ぶ場合がある。また、不活性ガス流路系６と流路切換部２８の構成要素のうち、低温熱媒タンク１８、調整タンク２４、Ｎ２ボンベ２５Ｂ、及びこれらに関する流路２６ｂ，２６ｄと弁Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６を総称して「低温熱媒タンク系」と呼ぶ場合がある。

【0070】

図２を参照すると、ステップＳ２０１においてＣＡＥＳ発電装置１が充電運転中であれば、高温熱媒タンク系について制御Ｈ１を実行し、低温熱媒タンク系について制御Ｌ１を実行する。制御Ｈ１，Ｌ１は、並行して実行される。一方、ステップＳ２０１においてＣＡＥＳ発電装置１が発電運転中であれば、高温熱媒タンク系について制御Ｈ２を実行し、低温熱媒タンク系について制御Ｌ２を実行する。制御Ｈ２，Ｌ２は、並行して実行される。

【0071】

ＣＡＥＳ発電装置１が充電運転中は、通常、高温熱媒タンク１７には熱媒が流入するので液相部１７ａの液面高さは上昇傾向にあり、気相部１７ｂの圧力Ｐｈは上昇傾向にある。また、ＣＡＥＳ発電装置１が充電運転中は、通常、低温熱媒タンク１７から熱媒が流出するので液相部１７ａの液面高さは低下傾向にあり、気相部１７ｂの圧力Ｐｈは低下傾向にある。制御Ｈ１（ステップＳ２０２）は、上昇傾向にある高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力を低下させて基準圧力Ｐｈｓｔに近付ける制御である。また、制御Ｌ１（ステップＳ２０３）は、低下傾向にある低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力を上昇させて基準圧力Ｐｌｓｔに近付ける制御である。

【0072】

図３は、図２のステップＳ２０２の制御Ｈ１、つまり充電運転中の高温熱媒タンク系の制御を示す。高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが、基準圧力Ｐｈｓｔを上回り（ステップＳ３０１）、かつ調整タンク２４の圧力Ｐｂを上回る場合（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０３の処理が実行される。ステップＳ３０３では、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂと調整タンク２４を接続する流路２６ｃに介装された弁Ｖ１が開弁される。その結果、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂから調整タンク２４へＮ２ガスが流出し、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが減圧される。図９は、ステップＳ３０３における、弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態の一例を示す。この例では、弁Ｖ２は閉弁であるが、後述する制御Ｌ１によって弁Ｖ２が開弁していてもよい。ステップＳ３０４において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以下であれば、ステップＳ３０５において弁Ｖ１を閉弁した後、ステップＳ３０１に戻る。一方、ステップＳ３０４で圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以下でなければ、ステップＳ３０６において弁Ｖ１を閉弁した後、ステップＳ３０７において弁Ｖ５を開弁する。弁Ｖ５の開弁により、高温熱媒タンク１７内のＮ２ガスが大気中に放出され、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂがさらに減圧される。ステップＳ３０８において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以下であれば、ステップＳ３０９において弁Ｖ５を開弁した後、ステップＳ３０１に戻る。

【0073】

図４は、図２のステップＳ２０３の制御Ｌ１、つまり充電運転中の低温熱媒タンク系の制御を示す。低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが、基準圧力Ｐｌｓｔを下回り（ステップＳ４０１）、かつ調整タンク２４の圧力Ｐｂを下回る場合（ステップＳ４０２）、ステップＳ４０３の処理が実行される。ステップＳ４０３では、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂと調整タンク２４を接続する流路２６ｄに介装された弁Ｖ２が開弁される。その結果、調整タンク２４から低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂへＮ２ガスが流入し、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが昇圧される。図１０は、ステップＳ４０３における、弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態の一例を示す。この例では、弁Ｖ１は閉弁であるが、前述の制御Ｈ１によって弁Ｖ１が開弁していてもよい。ステップＳ４０４において低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以上であれば、ステップＳ４０５において弁Ｖ２を閉弁した後、ステップＳ４０１に戻る。一方、ステップＳ４０４で圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以上でなければ、ステップＳ４０６において弁Ｖ２を閉弁する。また、ステップＳ４０７において、Ｎ２ボンベ２５Ｂと低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂを接続する不活性ガス流路２６ｂに介装された弁Ｖ４を開弁する。弁Ｖ４の開弁により、Ｎ２ボンベ２５Ｂから低温熱媒タンク１８にＮ２ガスが供給され、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂがさらに昇圧される。ステップＳ４０８において低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以上であれば、ステップＳ４０９において弁Ｖ４を開弁した後、ステップＳ４０１に戻る。

【0074】

図５は、図２のステップＳ２０４の制御Ｈ２、つまり発電運転中の高温熱媒タンク系の制御を示す。高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが、基準圧力Ｐｈｓｔを下回り（ステップＳ５０１）、かつ調整タンク２４の圧力Ｐｂを下回る場合（ステップＳ５０２）、ステップＳ５０３の処理が実行される。ステップＳ５０３では、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂと調整タンク２４を接続する流路２６ｃに介装された弁Ｖ１が開弁される。その結果、調整タンク２４から高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂへＮ２ガスが流入し、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが昇圧される。図１１は、ステップＳ５０３における、弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態の一例を示す。この例では、弁Ｖ２は閉弁であるが、後述する制御Ｌ２によって弁Ｖ２が開弁していてもよい。ステップＳ５０４において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以上であれば、ステップＳ４０５において弁Ｖ１を閉弁した後、ステップＳ５０１に戻る。一方、ステップＳ５０４で圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以上でなければ、ステップＳ５０６において弁Ｖ２を閉弁する。また、ステップＳ５０７において、Ｎ２ボンベ２５Ａと高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂを接続する不活性ガス流路２６ｂに介装された弁Ｖ３を開弁する。弁Ｖ３の開弁により、Ｎ２ボンベ２５Ａから高温熱媒タンク１７にＮ２ガスが供給され、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂがさらに昇圧される。ステップＳ５０８において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｈｓｔ以上であれば、ステップＳ５０９において弁Ｖ３を開弁した後、ステップＳ５０１に戻る。

【0075】

図６は、図２のステップＳ２０５の制御Ｌ２、つまり発電運転中の低温熱媒タンク系の制御を示す。低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが、基準圧力Ｐｌｓｔを上回り（ステップＳ６０１）、かつ調整タンク２４の圧力Ｐｂを上回る場合（ステップＳ６０２）、ステップＳ６０３の処理が実行される。ステップＳ６０３では、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂと調整タンク２４を接続する流路２６ｄに介装された弁Ｖ２が開弁される。その結果、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂから調整タンク２４へＮ２ガスが流出し、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが減圧される。図１２は、ステップＳ６０３における、弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態の一例を示す。この例では、弁Ｖ１は閉弁であるが、前述の制御Ｈ２によって弁Ｖ１が開弁していてもよい。ステップＳ６０４において低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以下であれば、ステップＳ６０５において弁Ｖ２を閉弁した後、ステップＳ６０１に戻る。一方、ステップＳ６０４で圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以下でなければ、ステップＳ６０６において弁Ｖ２を閉弁した後、ステップＳ６０７において弁Ｖ６を開弁する。弁Ｖ６の開弁により、低温熱媒タンク１８内のＮ２ガスが大気中に放出され、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂがさらに減圧される。ステップＳ６０８において低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以下であれば、ステップＳ６０９において弁Ｖ６を開弁した後、ステップＳ３０１に戻る。

【0076】

以上の主制御においては、調整タンク２４へのＮ２ガスの流出（ステップＳ３０３，６０３）と、調整タンク２４からのＮ２ガスの流入（ステップＳ４０３，Ｓ５０３）とによって、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが基準圧力Ｐｈｓｔに維持され、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが基準圧力Ｐｌｓｔに維持される。よって、基準圧力Ｐｈｓｔに維持するための、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂに対するＮ２ボンベ２５ＡからのＮ２ガスの供給（Ｓ５０７）と、大気へのＮ２ガスの排出（Ｓ３０７）とを、不要ないしは量的に抑制できる。また、基準圧力Ｐｌｓｔに維持するための、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂに対するＮ２ボンベ２５ＢからのＮ２ガスの供給と、大気へのＮ２ガスの排出とを、不要ないしは量的に抑制できる。つまり、Ｎ２ガスの消費量を低減できる。

【0077】

制御装置３７は、主制御に加え、図７及び図８に示す補助制御を実行する。これらの補助制御は、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈと、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが過度に上昇又は低下するのを防止するためのものである。また、これらの制御は、ＣＡＥＳ発電装置１が充電運転、発電運転、並びにこれらのいずれにも該当してない運転状態の際に実行される。

【0078】

図７に示す高温熱媒タンク系の補助制御は、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが、上限圧力Ｐｈｕｌｍｔ（基準圧力Ｐｈｓｔよりも大幅に高い）を上回ることと、加減圧力Ｐｈｌｌｍｔ（基準圧力Ｐｈｓｔよりも大幅に低い）を下回ることとを防止する制御である。

【0079】

図７のステップＳ７０１において、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが上限圧力Ｐｈｕｌｍｔを上回ると、ステップＳ７０２において弁Ｖ５を開弁する。弁Ｖ５の開弁により、高温熱媒タンク１７内のＮ２ガスが大気中に放出され、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが減圧される。ステップＳ７０３において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが基準圧力Ｐｈｓｔ以下であれば、ステップＳ７０４において弁Ｖ５を開弁した後、ステップＳ７０１に戻る。一方、ステップＳ７０１において高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが上限圧力Ｐｈｕｌｍｔ以下である場合は、ステップＳ７０５に移行する。ステップＳ７０５において、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが下限圧力Ｐｈｌｌｍｔを下回ると、弁３を開弁する。弁Ｖ３の開弁により、Ｎ２ガスボンベ２５Ａから高温熱媒タンク１７にＮ２ガスが供給され、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが昇圧される。ステップＳ７０７において、高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂが基準圧力Ｐｈｓｔ以上となると、ステップＳ７０８において弁Ｖ３を閉弁した後、ステップＳ７０１に戻る。

【0080】

図８に示す高温熱媒タンク系の補助制御は、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが、上限圧力Ｐｌｕｌｍｔ（基準圧力Ｐｌｓｔよりも大幅に高い）を上回ることと、加減圧力Ｐｌｌｌｍｔ（基準圧力Ｐｌｓｔよりも大幅に低い）を下回ることとを防止する制御である。

【0081】

図８のステップＳ８０１において、高温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが上限圧力Ｐｌｕｌｍｔを上回ると、ステップＳ８０２において弁Ｖ６を開弁する。弁Ｖ６の開弁により、低温熱媒タンク１８内のＮ２ガスが大気中に放出され、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが減圧される。ステップＳ８０３において高温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが基準圧力Ｐｌｓｔ以下であれば、ステップＳ８０４において弁Ｖ６を開弁した後、ステップＳ８０１に戻る。一方、ステップＳ８０１において高温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが上限圧力Ｐｈｕｌｍｔ以下である場合は、ステップＳ８０５に移行する。ステップＳ８０５において、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが下限圧力Ｐｌｌｌｍｔを下回ると、弁４を開弁する。弁Ｖ４の開弁により、Ｎ２ガスボンベ２５Ｂから低温熱媒タンク１８にＮ２ガスが供給され、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが昇圧される。ステップＳ８０７において、低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂが基準圧力Ｐｈｓｔ以上となると、ステップＳ８０８において弁Ｖ４を閉弁した後、ステップＳ８０１に戻る。

【0082】

（第２実施形態）
図１３に示す第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、高温熱媒タンク１７内の熱媒の液面高さを検出する液面高さセンサ４１Ａ（第１液面高さセンサ）と、低温熱媒タンク１８内の熱媒の液面高さを検出する液面高さセンサ４１Ｂ（第２液面高さセンサ）とを備えている。本実施形態では、制御装置３７はＣＡＳＥ発電装置１の運転状態（充電運転又は発電運転）に代えて、液面高さセンサ４１Ａの検出液面高さと液面高さセンサ４１Ｂの検出液面高に基づいて、弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態を制御する。

【0083】

具体的には、本実施形態の制御装置３７は、以下に基づいて弁Ｖ１〜Ｖ６の開閉状態を制御する。
・液面高さセンサ４１Ａの検出液面高さｈ１（高温熱媒タンク１７の熱媒の液面高さ）が、上昇傾向、降下傾向、又はそれらのいずれにも該当しないか。
・液面高さセンサ４１Ｂの検出液面高さｈ２（低温熱媒タンク１８の熱媒の液面高さ）が、上昇傾向、降下傾向、又はそれらのいずれにも該当しないか。
・圧力センサ３１Ａにより検出された高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力Ｐｈが、基準圧力Ｐｈｓｔ（第１基準圧力）と圧力センサ３１Ｃにより検出された調整タンク２４の圧力Ｐｂとに対して高いか否か。
・圧力センサ３１Ｂにより検出された低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力Ｐｌが、基準圧力Ｐｌｓｔ（第２基準圧力）と圧力センサ３１Ｃにより検出された調整タンク２４の圧力Ｐｂとに対して高いか否か。

【0084】

以下、図１４及び図１５のフローチャートを参照し、制御装置３７によって実行される主制御をより具体的に説明する。

【0085】

図１４は、高温熱媒タンク系についての制御を示す。ステップＳ１４１において液面高さセンサ４１Ａの検出液面高さｈ１（高温熱媒タンク１７の熱媒の液面高さ）が上昇傾向であれば、ステップＳ１４２において制御Ｈ１（図３）を実行する。つまり、高温熱媒タンク１７の熱媒の液面高さが上昇傾向にあるとき、まず高温熱媒タンク１７から調整タンク２４へＮＳガスを流出させる。また、それによっても高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力が基準圧力Ｐｈｓｔに近付かない場合には、弁Ｖ５の開弁により高温熱媒タンク１７から大気中にＮ２ガスを排出する。一方、ステップＳ１４１において液面高さセンサ４１Ａの検出液面高さｈ１が降下傾向であれば、ステップＳ１４３において制御Ｈ２（図５）を実行する。つまり、高温熱媒タンク１７の熱媒の液面高さが降下傾向にあるとき、調整タンク２４から高温熱媒タンク１７へＮＳガスを流入させる。また、それによっても高温熱媒タンク１７の気相部１７ｂの圧力が基準圧力Ｐｈｓｔに近付かない場合には、弁Ｖ１の開弁によりＮ２ボンベ２５Ａから高温熱媒タンク１７にＮ２ガスを供給する。

【0086】

図１５は、低温熱媒タンク系についての制御を示す。ステップＳ１５１において液面高さセンサ４１Ｂの検出液面高さｈ２（低温熱媒タンク１８の熱媒の液面高さ）が上昇傾向であれば、ステップＳ１５２において制御Ｌ２（図６）を実行する。つまり、低温熱媒タンク１８の熱媒の液面高さが上昇傾向にあるとき、まず低温熱媒タンク１８から調整タンク２４へＮＳガスを流出させる。また、それによっても低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力が基準圧力Ｐｌｓｔに近付かない場合には、弁Ｖ６の開弁により低温熱媒タンク１８から大気中にＮ２ガスを排出する。一方、ステップＳ１５１において液面高さセンサ４１Ｂの検出液面高さｈ２が降下傾向であれば、ステップＳ１５３において制御Ｌ１（図４）を実行する。つまり、低温熱媒タンク１８の熱媒の液面高さが降下傾向にあるとき、調整タンク２４から低温熱媒タンク１８へＮＳガスを流入させる。また、それによっても低温熱媒タンク１８の気相部１８ｂの圧力が基準圧力Ｐｌｓｔに近付かない場合には、弁Ｖ２の開弁によりＮ２ボンベ２５Ｂから低温熱媒タンク１８にＮ２ガスを供給する。

【0087】

以上のようにＣＡＥＳ発電装置の運転状態に代えて高温熱媒タンク１７及び低温熱媒タンク１９の液面高さの変化の傾向に基づいて弁Ｖ１〜Ｖ６を制御することによっても、Ｎ２ガスの消費量を低減できる。

【0088】

本実施形態における制御装置３７も、第１実施形態と同様の補助制御（図７及び図８）参照を実行してもよい。

【0089】

第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であり、同一又は同様の要には同一の符号を付して説明を省略する。

【符号の説明】

【0090】

１ 圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２ 発電装置
３ 電力系統
４ 空気流路系
５ 熱媒流路系
６ 不活性ガス流路系
８ 圧縮機
８ａ 吸込口
８ｂ 吐出口
９ 第１熱交換器（第１熱交換部）
１０ 蓄圧タンク（蓄圧部）
１１ 第２熱交換器（第２熱交換部）
１２ 膨張機
１２ａ 給気口
１２ｂ 排気口
１３ａ〜１３ｄ 空気流路
１４ 電動機
１５ 発電機
１７ 高温熱媒タンク（高温蓄熱部）
１７ａ 液相部
１７ｂ 気相部
１８ 低温熱媒タンク（低温蓄熱部）
１８ａ 液相部
１８ｂ 気相部
１９ａ，１９ｂ 熱媒流路
２１Ａ，２１Ｂ ポンプ
２２Ａ，２２Ｂ 逆止弁
２４ 調整タンク（調整部）
２５Ａ，２５Ｂ Ｎ２ボンベ（不活性ガス源）
２６ａ〜２６ｄ 不活性ガス流路
２８ 流路切換部
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 圧力センサ
３４ 圧縮機ユニット
３５ 発電機ユニット
３７ 制御装置
４１Ａ，４１Ｂ 液面高さセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】