特開 2022-173944 圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022173944

(43)【公開日】2022-11-22

(54)【発明の名称】圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 15/00 20060101AFI20221115BHJP

   F02C 6/16 20060101ALI20221115BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20221115BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20221115BHJP

   H02J 3/28 20060101ALI20221115BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20221115BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

H02J15/00 E

F02C6/16

H02J3/38 110

H02J3/46

H02J3/28

H02J3/00 130

H02J13/00 311R

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021080017

(22)【出願日】2021-05-10

(71)【出願人】

【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】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

【テーマコード（参考）】

5G064

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G064AA04

5G064AC05

5G064AC09

5G064CB08

5G064CB12

5G064DA02

5G064DA03

5G066AA02

5G066HA15

5G066HB02

5G066HB03

5G066HB08

5G066JA05

5G066JB10

(57)【要約】

【課題】発電機の回転速度の制御による出力制御の利点を維持しつつ、電力系統の安定化にも寄与し得るＣＡＥＳ発電装置を提供する
【解決手段】ＣＡＥＳ発電装置は、複数のＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈと制御部６を備える。ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈは、発電機２３を、発電機２３の回転速度を制御するインバータ３３を介して電力系統２に接続する変速運転と、電力系統２に直結する同期運転とに切り替え可能な切替部２５を備える。制御部６は、電力系統２の安定度に応じて、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈの発電機２３を、変速運転及び同期運転のいずれかに設定する。
【選択図】図３

【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、電力系統に出力電力を供給する同期機である発電機と、
前記発電機を、前記発電機の回転速度を制御するインバータを介して前記電力系統に接続する変速運転と、前記電力系統に直結する同期運転とに切り替え可能な切替部と
をそれぞれ備える複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットと、
前記電力系統の安定度に応じて、前記複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットの前記発電機を、前記変速運転及び前記同期運転のいずれかに設定する制御部と
を備える圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記電力系統の前記安定度が高い程、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を増やして、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を減らし、
前記制御部は、前記電力系統の前記安定度が低い程、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を増やして、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を減らす、請求項１に記載の圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【請求項3】

前記変動する入力電力は、再生可能エネルギー発電設備によって得られる電力を含み、
前記制御部は、前記再生可能エネルギー発電設備の発電に影響する自然条件の予測と、前記電力系統に接続させた需要負荷の電力供給要求の予測とに基づいて前記電力系統の前記安定度を予測し、この予測に基づいて、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数と、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数とを決定する、請求項２に記載の圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【請求項4】

前記制御部は、リアルタイムで取得した前記電力系統の系統周波数に対する変動に基づいて、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数と、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数とを決定する、請求項２に記載の圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【請求項5】

前記圧縮機と前記膨張機は別個の機器であり、
前記電動機と前記発電機は別個の機器である、請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【請求項6】

前記圧縮機と前記膨張機は同一の機器であり、
前記電動機と前記発電機は同一の同期機である、請求項１から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】

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、電力系統に出力電力を供給する同期機である発電機と、
前記発電機を、前記発電機の回転速度を制御するインバータを介して前記電力系統に接続する変速運転と、前記電力系統に直結する同期運転とに切り替え可能な切替部と
をそれぞれ備える複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットを有する圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置を準備し、
前記電力系統の安定度に応じて、前記複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットの前記発電機を、前記変速運転及び前記同期運転のいずれかに設定する、圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、火力発電は、同期発電機の連携により、安定した電力系統の維持を担っているが、近年、太陽光発電や風力発電等の再生可能エネルギーが電力供給に占める割合が急激に増加している。再生可能エネルギーは、需要に合わせた電力供給調整が難しいため、電気力系統安定化への負担を緩和し、需要変動を吸収する大規模電力貯蔵装置が必要となる。

【0003】

大規模電力貯蔵装置の一つとして、圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置が知られている。特許文献１に開示されたＣＡＥＳ発電装置では、圧縮空気を作動媒体する膨張機で駆動される発電機の回転速度をインバータによって制御することで、発電機の出力を制御できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１８６６５７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のＣＡＥＳは、特許文献１に開示されたものを含め、電力系統の安定化（特に、同期化力の不足に起因する、周波数移送変化に関わる短時間変化に対応した安定化）について、十分な検討が払われていない。

【0006】

本発明は、発電機の回転速度の制御による出力制御の利点を維持しつつ、電力系統の安定化にも寄与し得るＣＡＥＳ発電装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【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、電力系統に出力電力を供給する同期機である発電機と、前記発電機を、前記発電機の回転速度を制御するインバータを介して前記電力系統に接続する変速運転と、前記電力系統に直結する同期運転とに切り替え可能な切替部とをそれぞれ備える複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットと、前記電力系統の安定度に応じて、前記複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットの前記発電機を、前記変速運転及び前記同期運転のいずれかに設定する制御部とを備える圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置を提供する。

【0008】

具体的には、前記制御部は、前記電力系統の前記安定度が高い程、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を増やして、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を減らす。また、前記制御部は、前記電力系統の前記安定度が低い程、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を増やして、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数を減らす、請求項１に記載の圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置。

【0009】

本発明に係る圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置では、電力系統の安定度が高い程、発電機が変速運転に設定される圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数が増える。発電機が変速運転に設定される圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットでは、発電機の回転速度の制御により電力系統に出力電力を制御できる。一方、電力系統の安定度が低い程、発電機が同期運転に設定される圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数が増える。発電機が同期運転に設定される圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットは、需要負荷の変動に対して発電機の負荷角が変化することで、電力系統における電力の需給バランスの調整に寄与する。このように、本発明に係る圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置によれば、発電機の回転速度の制御による出力制御の利点を維持しつつ、同期化力供給による電力系統の安定化にも寄与し得る。

【0010】

前記変動する入力電力は、再生可能エネルギー発電設備によって得られる電力を含み、前記制御部は、前記再生可能エネルギー発電設備の発電に影響する自然条件の予測と、前記電力系統に接続させた需要負荷の電力供給要求の予測とに基づいて前記電力系統の前記安定度を予測し、この予測に基づいて、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数と、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数とを決定してもよい。

【0011】

前記制御部は、リアルタイムで取得した前記電力系統の系統周波数に対する変動に基づいて、前記発電機が前記変速運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数と、前記発電機が前記同期運転に設定される前記圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットのユニット数とを決定してもよい。

【0012】

前記圧縮機と前記膨張機は別個の機器であり、前記電動機と前記発電機は別個の機器であってもよい。

【0013】

前記圧縮機と前記膨張機は同一の機器であり、前記電動機と前記発電機は同一の同期機であってもよい。

【0014】

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、電力系統に出力電力を供給する同期機である発電機と、前記発電機を、前記発電機の回転速度を制御するインバータを介して前記電力系統に接続する変速運転と、前記電力系統に直結する同期運転とに切り替え可能な切替部とをそれぞれ備える複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットを有する圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置を準備し、前記電力系統の安定度に応じて、前記複数の圧縮空気エネルギー貯蔵発電ユニットの前記発電機を、前記変速運転及び前記同期運転のいずれかに設定する、圧縮空気エネルギー貯蔵発電装置の制御方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明のＣＡＥＳ発電装置及びその制御方法によれば、発電機の回転速度の制御による出力制御の利点を維持しつつ、電力系統の安定化にも寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置が接続された電力系統の模式図。

【図2】本発明の第１実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置のブロック図。

【図3】ＣＡＥＳ発電ユニットの模式的な系統図。

【図4A】個々のＣＡＥＳ発電ユニットの運転状態の一例を示す概念図。

【図4B】個々のＣＡＥＳ発電ユニットの運転状態の他の一例を示す概念図。

【図5】ＣＡＥＳ発電ユニットの変形例の模式的な系統図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各図面は本発明を説明するための単なる説明図であるため、装置構成は模式的あるいは概念的に示されている。そのため、個々のＣＡＥＳ発電ユニットにおける圧縮機１３又は膨張機１４について、台数や圧縮段数、及びそれらに応じた配管構成等については図示を省略している。

【0018】

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置１が接続された電力系統２を示す。この電力系統２には、ＣＡＥＳ発電装置１以外に、発電機群、つまり発電機３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、需要負荷群、つまり需要負荷４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅが接続されている。発電機３ａ～３ｃは、化石燃料を使用する従来型の発電設備の発電機であり、同期機で構成されている。一方、発電機３ｄは、再生可能エネルギー発電設備の発電機であり、インバータにより電力系統２との連携が行われている。

【0019】

電力系統２に接続される発電機が同期機である発電機３ａ～３ｃのみであれば、需要負荷４ａ～４ｅの変動に対して、個々の発電機３ａ～３ｃは同期化力（慣性力）による負荷角の自律的な変化により電力系統２の安定化に寄与する。

【0020】

しかし、発電機３ｄのようにインバータにより電力系統２と連携している場合、同期機のような同期安定化機能は得られない。そのため、電力系統２に接続される再生可能エネルギー発電設備が増えると、相対的に同期化力を供給できる発電機が減少するので、需要負荷４ａ～４ｅの急変時や、再生可能エネルギー発電設備の発電機３ｄの出力変動時に電力系統２が不安定となる。

【0021】

本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、発電機２３（図３参照）の回転速度のインバータ制御による出力制御の利点を維持しつつ、需要負荷４ａ～４ｅの急変時や、再生可能エネルギー発電設備の発電機３ｄの出力変動時における電力系統２の安定化にも寄与し得る。

【0022】

図２を参照すると、本実施形態のＣＡＥＳ発電装置１は、８個の圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電ユニット５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈと、コントローラ（制御部）６とを備える。本実施形態では、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈの構成は同一である。

【0023】

図３を参照して、本実施形態における個々のＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈを説明する。まず、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈの全体的な構成と機能を説明する。

【0024】

ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈは、空気配管系１１と熱媒配管系１２とを備える。

【0025】

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

【0026】

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

【0027】

圧縮機１３のスクリュロータには、電動機１７が機械的に接続されている。電動機１７は再生可能エネルギー発電設備１８で発電された電力、つまり変動する入力電力により作動して、圧縮機１３を回転駆動する。圧縮機１３は電力系統２からも電力供給を受けることができる。再生可能エネルギー発電設備１８の例としては、風力発電設備と太陽光発電設備があるが、これらに限定されない。

【0028】

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

【0029】

以上のように、個々のＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈでは、再生可能エネルギー発電設備１８からの変動する入力電力によって電動機１７を作動させて圧縮機１３を回転駆動し、圧縮機１３で生成された圧縮空気を蓄圧タンク１４に蓄える（充電運転）。

【0030】

蓄圧タンク１４の例としては、鋼製タンクがあるが、これに限定されない。蓄圧タンク１４は、圧縮機１３から圧送された圧縮空気を貯蔵する。つまり、蓄圧タンク１４には、圧縮空気としてエネルギーが貯蔵される。蓄圧タンクタンク１２は空気配管１６ｃを通じて膨張機１５の給気口１５ａに流体的に接続されており、蓄圧タンク１２で貯蔵された圧縮空気は空気配管１６ｃを介して膨張機１５に供給される。空気配管１６ｃには、圧縮空気の流れを許容または遮断するためのバルブ２１と、膨張側熱交換器２２とが設けられている。バルブ２１を開閉することにより、蓄圧タンク１４から膨張機１５に圧縮空気を供給するか否かを変更できる。

【0031】

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

【0032】

膨張機１５のスクリュロータには、発電機２３が機械的に接続されている。発電機２３は膨張機１５によって回転駆動されることで発電する。給気口１５ａから圧縮空気を給気された膨張機１５は、圧縮空気により作動し、発電機２３を駆動する。膨張機１５で膨張した空気は、排気口１５ｂから空気配管１６ｄを通じて外部に排気される。発電機２３は、後に詳述する切替部２５と、遮断器２６とを介して電力系統２に電気的に接続されている。発電機２３で発電された電力は、切替部２５と遮断器２６を介して、電力系統２に出力される。

【0033】

以上のように、個々のＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈでは、蓄圧タンク１４から供給される圧縮空気で膨張機１５を作動させて発電機２３を回転駆動し、発電機２３で発電された電力を電力系統２に出力する（放電運転）。

【0034】

熱媒配管系１２には、圧縮側熱交換器１９と、低温熱媒タンク２７と、膨張側熱交換器２２と、高温熱媒タンク２８とが設けられており、これらが熱媒配管２９ａ，２９ｂにより流体的に循環接続されている。熱媒配管系１２の内部には、熱媒（例えば水）が流れている。熱媒配管２９ａに設けられた熱媒ポンプ３１ａは、低温熱媒タンク２７から圧縮側熱交換器１９へ熱媒を送る。熱媒配管２９ｂに設けられた熱媒ポンプ３１ｂは、高温熱媒タンク２８から膨張側熱交換器２２へ熱媒を送る。

【0035】

圧縮側熱交換器１９では、圧縮機１３から吐出された圧縮空気と、低温熱媒タンク２７から供給される熱媒との熱交換が行われ、前者が降温し、後者が昇温する。降温した圧縮空気は蓄圧タンク１４に圧送され、昇温した熱媒は高温熱媒タンク２８に送られる。圧縮空気を降温させることで、蓄圧タンク１４における圧縮空気エネルギー貯蔵効率を高められる。

【0036】

膨張側熱交換器２２では、蓄圧タンク１４から膨張機１５に供給される圧縮空気と、高温熱媒タンク２８から供給される熱媒との熱交換が行われ、前者が昇温し、後者が降温する。昇温した圧縮空気が膨張機１５に供給されることで、膨張機１５と発電機２３によるエネルギー変換効率が高められる。降温した熱媒は低温熱媒タンク２７に送られる。

【0037】

次に、図３を引き続き参照して、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈの発電機２３の電力系統２との連携に関する構成と機能を説明する。

【0038】

発電機２３は同期機（同期発電機）である。発電機２３として、例えば埋込型永久磁石発電機を採用できる。発電機２３として、埋込型永久磁石発電機以外の同期発電機を採用してもよい。発電機２３は、起動時に誘導機として作動できるよう構成されている。

【0039】

前述のように、発電機２３は、切替部２５と遮断器２６とを介して電力系統２に電気的に接続されている。切替部２５は、並列の導電経路３２ａ，３２ｂを備える。一方の導電経路３２ａには、発電機２３の回転数を制御するためのインバータ３３が設けられている。また、導電経路３２ａには、インバータ３３よりも発電機２３側に第１スイッチ３４が設けられている。他方の導電路３２ｂには、第２スイッチ３５が設けられている。

【0040】

遮断器２６は、発電機２３から電力系統２に流れる電流が正常状態のときは閉成され、発電機２３から電力系統２への電力出力を許容する。一方、遮断器２６は、発電機２３から電力系統２に流れる電流に異常が生じたときは開成され、発電機２３から電力系統への電力出力を遮断する。

【0041】

遮断器２６が閉成しているとき、切替部２５は、発電機２３がインバータ３３を介して電力系統２に接続された状態と、発電機２３がインバータ３３を介さずに電力系統に直結された状態とに切り替えることができる。具体的には、第１スイッチ３４が閉成され、第２スイッチ３５が開成されると、発電機２３はインバータ３３が設けられた導電経路３２ａを介して電力系統２に接続され、インバータ３３による回転数制御により発電機２３から電力系統２への出力電力が制御される（変速運転）。一方、第１スイッチ３４が開成され、第２スイッチ３５が閉成されると、発電機２３はインバータ３３をバイパスする導電路３２ａを介して電力系統２に接続される。この状態では、発電機２３は通常の同期発電機として機能する（同期運転）。

【0042】

コントローラ６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。コントローラ６は単一の機器である必要はなく、ネットワーク上に分散配置された機器によって構成されてもよい。

【0043】

コンローラ６は、個々のＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈを構成する要素を制御する。特に、コントローラは、放電運転の際に、切替部２５を構成するインバータ３３、第１スイッチ３４、及び第２スイッチ３５を制御する。

【0044】

放電運転の際、コントローラ６は、電力系統２の安定度に応じて、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのそれぞれについて、切替部２５の第１及び第２スイッチ３４，３５を切り替えて、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのそれぞれについて、発電機２３を変速運転と同期運転のいずれかに設定する。

【0045】

具体的には、コンローラ６は、電力系統２の安定度が高い程、発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数を増やし、発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数を減らす。コントローラ６は、電力系統２の安定度が低い程、発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数を増やし、発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数を減らす。

【0046】

例えば、コントローラ６は、電力系統２の安定度が高い場合には、図４Ａに示すように、合計８ユニットのＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのうち、５ユニット（ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｅ）の発電機２３を変速運転に設定し、残りの３ユニット（ＣＡＥＳ発電ユニット５ｆ～５ｈ）の発電機２３を同期運転に設定する。また、例えば、コントローラ６は、電力系統２の安定度が低い場合には、図４Ｂに示すように、５ユニット（ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｅ）の発電機２３を同期運転に設定し、残りの３ユニット（ＣＡＥＳ発電ユニット５ｆ～５ｈ）の発電機２３を変速運転に設定する。

【0047】

発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈでは、発電機２３の回転速度の制御により電力系統２に出力電力を制御できる。発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈでは、需要負荷の変動に対して発電機２３の負荷角が変化することで、電力系統２における電力の需給バランスの調整に寄与する。電力系統の安定度に応じて、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのうち、発電機２３が変速運転に設定されるもののユニット数と、発電機２３が同期運転に設定されるもののユニット数とを増減することで、発電機２３の回転速度の制御による出力制御の利点を維持しつつ、電力系統２の安定化にも寄与し得る。

【0048】

本実施形態では、コントローラ６は、図２おいて矢印Ａ１で概念的に示す再生可能エネルギー発電設備１８の発電に影響する自然条件の予測と、同じく図２において矢印ｙで概念的に示す電力系統２に接続させた需要負荷４ａ～４ｂの電力供給要求の予測とを取得し、これらの予測に基づいて、電力系統２の安定度を予測する。そして、コントローラ６は、かかる電力系統２の安定度の予測に基づいて、発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数と、発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳユニット５ａ～５ｈのユニット数とを決定する。

【0049】

再生可能エネルギー発電設備１８の発電に影響する自然条件の予測には、例えば風力発電の場合の風況予測や、太陽光発電の場合の日照強度の時間推移の予測がある。

【0050】

例えば、コントローラ６は、上述のように予測した電力系統２の安定度に基づいて、１日又は１日のうちの個々の時間帯について、発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数と、発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳユニット５ａ～５ｈのユニット数とを決定する。

【0051】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、コントローラ６は、図２において矢印Ａ３で概念的に示すように、電力系統２の系統周波数（例えば、６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ）に対する変動をリアルタイムで取得する。そして、コントローラ６は取得した系統周波数に対する変動に基づいて、発電機２３が変速運転に設定されるＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈのユニット数と、発電機２３が同期運転に設定されるＣＡＥＳユニット５ａ～５ｈのユニット数とを決定する。

【0052】

図５は、ＣＡＥＳ発電ユニット５ａ～５ｈの代案を示す。この代案では、圧縮機１３と膨張機１５（図３参照）に代えて圧縮機兼膨張機４１を採用している。つまり、圧縮機と膨張機が同一の機器で構成されている。また、この代案では、電動機１７と発電機２３（図３参照）に代えて、同期機４２を採用している。つまり、電動機と発電機が同一の同期機で構成されている。さらに、この代案では、圧縮側熱交換器１９と膨張側熱交換器２２に代えて、熱交換器４４を採用している。つまり、圧縮側熱交換器１９と膨張側熱交換器２２が同一の熱交換器で構成されている。

【0053】

充電運転時には、再生可能エネルギー発電設備１８からの変動する入力電力によって同期機４２を作動させて圧縮機兼膨張機４１を回転駆動し、それによって生成された圧縮空気を蓄圧タンク１４に蓄える。また、蓄圧タンク１４に送られる圧縮空気は、熱媒ポンプ４４によって低温熱媒タンク２７から高温熱媒タンク２８に送られる熱媒と熱交換器４３において熱交換することで降温する。

【0054】

放電運転時には、蓄圧タンク１４から供給される圧縮空気で圧縮機兼膨張機４１を作動させて同期機４２を回転駆動し、同期機４２で発電された電力を電力系統２に出力する。また、圧縮機兼膨張機４１に送られる圧縮空気は、熱媒ポンプ４４によって高温熱媒タンク２８から低温熱媒タンク２７に送られる熱媒と熱交換器４３において熱交換することで昇温する。

【0055】

以上より、本発明の具体的な実施形態および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。

【0056】

例えば、上記実施形態においては、各ＣＡＥＳ発電ユニットにおける圧縮機１３または膨張機としてスクリュー式の場合を例示したが、スクリュー式とターボ式との多段機として構成してもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ 圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置
２ 電力系統
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 発電機
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ 需要負荷
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ 圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）発電ユニット
６ コントローラ（制御部）
１１ 空気配管系
１２ 熱媒配管系
１３ 圧縮機
１３ａ 吸込口
１３ｂ 吐出口
１４ 蓄圧タンク
１５ 膨張機
１５ａ 給気口
１５ｂ 排気口
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 空気配管
１７ 電動機
１８ 再生可能エネルギー発電設備
１９ 圧縮側熱交換器
２１ バルブ
２２ 膨張側熱交換器
２３ 発電機
２５ 切替部
２６ 遮断器
２７ 低温熱媒タンク
２８ 高温熱媒タンク
２９ａ，２９ｂ 熱媒配管
３１ａ，３１ｂ 熱媒ポンプ
３２ａ，３２ｂ 導電経路
３３ インバータ
３４ 第１スイッチ
３５ 第２スイッチ
４１ 圧縮機兼膨張機
４２ 同期機
４３ 熱交換器
４４ 熱媒ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】