特開 2023-5481 圧縮空気貯蔵発電装置

(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】P2023005481

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】圧縮空気貯蔵発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/02 20060101AFI20230111BHJP

   F03B 13/26 20060101ALI20230111BHJP

   F02C 6/16 20060101ALI20230111BHJP

   F02C 1/02 20060101ALI20230111BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

F03B17/02

F03B13/26

F02C6/16

F02C1/02

F02C6/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021107426

(22)【出願日】2021-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】521362885

【氏名又は名称】コベルコ・コンプレッサ株式会社

(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】中村 元

(72)【発明者】

【氏名】松村 昌義

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA06

3H074AA10

3H074AA12

3H074BB07

3H074CC16

3H074CC34

(57)【要約】

【課題】圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮空気を膨張させることによる発電に加え、蓄圧部の圧縮空気の増減に伴う水の流入出を利用して発電する。
【解決手段】圧縮空気貯蔵発電装置１は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電設備２０と、発電設備２０で発電した電力によって駆動される電動機３０と、電動機３０で駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機４０と、圧縮機４０から吐出された圧縮空気を貯蔵し、少なくとも一部が水面２より低位になるように地面１１ａ，１２との相対位置を固定して配置されている蓄圧部５０と、蓄圧部５０で貯蔵した圧縮空気を膨張させる膨張機６０と、膨張機６０によって駆動される発電機７０と、水面２より低位となる位置において、一端が蓄圧部５０に接続され他端が水中３に開放されている通水路７と、通水路７に設けられ、蓄圧部５０の圧縮空気の増減に伴って通水路７内に発生する水流によって駆動され、発電する水流発電機９０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギーを利用して発電する発電設備と、
前記発電設備で発電した電力によって駆動される電動機と、
前記電動機で駆動されることによって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貯蔵し、少なくとも一部が水面より低位になるように地面との相対位置を固定して配置されている蓄圧部と、
前記蓄圧部で貯蔵した前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、
前記膨張機によって駆動される発電機と、
前記水面より低位となる位置において、一端が前記蓄圧部に接続され他端が水中に開放されている通水路と、
前記通水路に設けられ、前記蓄圧部の前記圧縮空気の増減に伴って前記通水路内に発生する水流によって駆動され、発電する水流発電機と
を備える、圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項2】

前記通水路の前記一端は、前記蓄圧部の底部に接続されている、請求項１に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項3】

前記水面が海面であって、
前記蓄圧部は、前記蓄圧部の前記少なくとも一部が満潮時の水位と干潮時の水位との間に位置するように配置され、
前記水流発電機は、潮の満ち引きに伴って前記通水路内に発生する水流によって駆動され、発電する、請求項１又は２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項4】

前記蓄圧部と前記水中とを流体的に連通または遮断する開閉弁が、前記通水路に設けられている、請求項３に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項5】

前記蓄圧部は、前記水中と陸域とに接し前記地面に対して固定的に配置されている構造物に設けられている、請求項１又は２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項6】

前記蓄圧部は、中空状の構造体の内部空間である、請求項５に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項7】

前記蓄圧部は、陸域を介して前記水中と隣接し前記地面に対して固定的に配置されている構造体の内部空間である、請求項１又は２に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項8】

前記圧縮機と前記膨張機とは、前記構造物上に配置されている、請求項５又は６に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項9】

前記圧縮機と前記膨張機とは、前記陸域上に配置されている、請求項７に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項10】

前記圧縮機と前記膨張機とは、圧縮膨張兼用機として一体に構成されている、請求項８又は９に記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【請求項11】

前記蓄圧部における前記水の流入出量を調整するための調整弁が、前記通水路に設けられている、請求項１から１０のいずれかに記載の圧縮空気貯蔵発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギーを利用した発電の出力を安定させるための圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ：compressed air energy storage）発電装置が知られている。ＣＡＥＳ発電装置では、再生可能エネルギーを用いて発電した電力によって圧縮機を駆動し、圧縮機によって作られた圧縮空気をタンクなどの蓄圧部に貯蔵する。そして、必要なときに蓄圧部の圧縮空気を利用することによって、タービン発電機を駆動し、適時の発電を可能とする。

【0003】

特許文献１には、再生可能エネルギーを用いて発電した電力によって陸上に設けられた圧縮機を駆動し、圧縮空気を海中に設置されたタンクに蓄える装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－０２３９１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された装置では、陸上に設けられた圧縮機から海中に設置されたタンクまで空気配管を介して圧縮空気を圧送している。そのため、空気配管を陸上と海中とにまたがって配置する必要があり、圧縮機とタンクとを流体的に接続することが困難である。

【0006】

また、特許文献１に開示された装置では、タンクに圧縮空気を貯蔵し、その圧縮空気を利用して発電することについては記載されているが、他の態様の発電との併用については特段の開示がない。

【0007】

本発明は、圧縮空気貯蔵発電装置において、圧縮空気を膨張させることによる発電に加え、蓄圧部の圧縮空気の増減に伴う水の流入出を利用して発電することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、再生可能エネルギーを利用して発電する発電設備と、前記発電設備で発電した電力によって駆動される電動機と、前記電動機で駆動されることによって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貯蔵し、少なくとも一部が水面より低位になるように地面との相対位置を固定して配置されている蓄圧部と、前記蓄圧部で貯蔵した前記圧縮空気を膨張させる膨張機と、前記膨張機によって駆動される発電機と、前記水面より低位となる位置において、一端が前記蓄圧部に接続され他端が水中に開放されている通水路と、前記通水路に設けられ、前記蓄圧部の前記圧縮空気の増減に伴って前記通水路内に発生する水流によって駆動され、発電する水流発電機とを備える、圧縮空気貯蔵発電装置を提供する。

【0009】

本発明に係る圧縮空気貯蔵発電装置によれば、蓄圧部に圧縮空気が供給される際、水は通水路を介して蓄圧部から流出する。また、蓄圧部から圧縮空気が排気される際、水は通水路を介して蓄圧部に流入する。すなわち、蓄圧部の圧縮空気の増減に伴って、通水路内に水流が生じる。通水路に水流発電機が設けられているため、通水路内に生じた水流が有するエネルギーを回収し発電することができる。従って、膨張機による発電に加え、水流発電機でも発電することができる。また、圧縮空気の圧力が水の水頭圧を下回っていれば、通水路は水で満たされており、圧縮空気が水中に漏出することが抑制ないし防止され得る。

【0010】

前記通水路の前記一端は、前記蓄圧部の底部に接続されていてもよい。

【0011】

前記の構成によれば、蓄圧部に圧縮空気が供給される際、水が蓄圧部の底部から流出するため、蓄圧部に水が滞留することが抑制され得る。そのため、通水路内を通過する水量が増加し、水流発電機による発電量が増加し得る。

【0012】

前記水面が海面であって、前記蓄圧部は、前記蓄圧部の前記少なくとも一部が満潮時の水位と干潮時の水位との間に位置するように配置され、前記水流発電機は、潮の満ち引きに伴って前記通水路内に発生する水流によって駆動され、発電してもよい。

【0013】

前記の構成によれば、潮の満ち引きを利用して発電できる。そのため、水流発電機では、圧縮空気によって発生する水流を利用した発電に加え、潮力を利用した発電も行われ得る。

【0014】

前記蓄圧部と前記水中とを流体的に連通または遮断する開閉弁が、前記通水路に設けられていてもよい。

【0015】

前記の構成によれば、開閉弁を操作することで、水と圧縮空気とが通水路内を通過することを許容又は遮断できる。そのため、干潮時の水頭圧が低い場合、または水頭圧がない場合であっても開閉弁を閉状態とすることで、蓄圧部に圧縮空気を貯蔵できる。また、干潮時から満潮時に至るまで開閉弁を閉状態で維持し、満潮時に開状態とすることで、潮力による発電を効率的に行うことができる。

【0016】

前記蓄圧部は、前記水中と陸域とに接し前記地面に対して固定的に配置されている構造物に設けられていてもよい。

【0017】

前記の構成によれば、構造物を製造する際に蓄圧部を設けることができる。つまり、蓄圧部が構成された構造物を製造することができる。そのため、構造物と蓄圧部とを同時に製造でき、工数を低減できる。また、既存の構造物に蓄圧部を追加して設ける場合であっても、構造物の設計図を基に設計や施工できるため、蓄圧部を容易に設けることができる。

【0018】

前記蓄圧部は、中空状の構造体の内部空間であってもよい。

【0019】

前記の構成によれば、圧縮空気の貯蔵を目的に構造体を製造できるため、圧縮空気を確実に貯蔵できる。

【0020】

前記蓄圧部は、陸域を介して前記水中と隣接し前記地面に対して固定的に配置されている構造体の内部空間であってもよい。

【0021】

前記の構成によれば、圧縮空気の貯蔵を目的に構造体を製造できるため、圧縮空気を確実に貯蔵できる。また、構造体を製造してから配置することができるため、容易に施工できる。

【0022】

前記圧縮機と前記膨張機とは、前記構造物上に配置されていてもよい。

【0023】

前記圧縮機と前記膨張機とは、前記陸域上に配置されていてもよい。

【0024】

前記の構成によれば、圧縮機、膨張機、および蓄圧部が相対的に近い領域に配置されている。そのため、圧縮機および膨張機と、蓄圧部とを容易に流体的に接続できる。

【0025】

前記圧縮機と前記膨張機とは、圧縮膨張兼用機として一体に構成されていてもよい。

【0026】

前記の構成によれば、圧縮機および膨張機（圧縮膨張兼用機）の設置スペースを減少させることができる。

【0027】

前記蓄圧部における前記水の流入出量を調整するための調整弁が、前記通水路に設けられていてもよい。

【0028】

前記の構成によれば、通水路内を通過する水量を調整することができる。そのため、水流発電機の発電効率が高くなるように流量を調整できる。従って、水流発電機の発電量を増加させることができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の圧縮空気貯蔵発電装置によれば、圧縮空気を膨張させることによる発電に加え、蓄圧部の圧縮空気の増減に伴う水の流入出を利用して発電することができる。

【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2A】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2B】第２実施形態の変形例の概略構成図。

【図2C】第２実施形態の変形例の概略構成図。

【図2D】第２実施形態の変形例の概略構成図。

【図3】第３実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【図4】第４実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【図5】第５実施形態に係る圧縮空気貯蔵発電装置の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0032】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるＣＡＥＳ発電装置１の概略構成図である。

【0033】

本実施形態では、圧縮空気貯蔵（ＣＡＥＳ）発電装置１は、海や湖などの水中と陸域１１とに接する岸壁（構造物）１０に配置されている。ＣＡＥＳ発電装置１は、水中と接する他の箇所、例えば防波堤などの水中の地面１２に設けられ、陸域１１と直接的に繋がっていない構造物に配置されてもよい。また、岸壁１０や防波堤は、ケーソンやセルラーブロックなどを用いて建造されたものを含む。また、ＣＡＥＳ発電装置１は、ダム、湖、河川、人工池、または貯水プールの貯水部（水中）と接する箇所に配置されてもよい。図１では、水面を符号２で示し、水中を符号３で示し、水上を符号４で示している。これは以降の図でも同様である。また、本実施形態では、満潮および干潮による潮位差、すなわち、水面２の位置変動が生じない場合を例示する。そのため、以下の説明では、水面２の位置は一定である。

【0034】

ＣＡＥＳ発電装置１は、発電設備２０と、モータ（電動機）３０と、圧縮機４０と、蓄圧部５０と、膨張機６０と、発電機７０とを有している。図１では、図示を明瞭にするため、岸壁１０および蓄圧部５０を画定する構造体４９を断面図としてハッチングを付して示している。

【0035】

発電設備２０は、再生可能エネルギーを利用して発電する。本実施形態では、発電設備２０は、風力発電機能を有している。代替的には、発電設備２０は、水温差発電、潮力発電、または太陽光発電などの機能を有していてもよい。

【0036】

本実施形態では、発電設備２０は、岸壁１０上に配置されている。また、詳細を図示しないが、発電設備２０は、岸壁１０から離れた場所、例えば、山上や水上に配置されてもよい。発電設備２０はモータ３０と配線５ａを介して電気的に接続されている。発電設備２０で発電した電力は、配線５ａを介してモータ３０に供給される。

【0037】

モータ３０は、発電設備２０で発電した電力によって駆動される。モータ３０は、圧縮機４０と機械的に接続されている。

【0038】

圧縮機４０は、モータ３０によって駆動される。圧縮機４０は、吸気口４１から外部の空気を吸気し、内部で圧縮し、吐出口４２から圧縮空気を吐出する。圧縮機４０の吐出口４２は、配管６ａを介して蓄圧部５０と流体的に接続されている。配管６ａには図示されない電磁弁が設けられている。電磁弁を開いたとき、蓄圧部５０に圧縮空気が供給され、閉じたとき、圧縮空気の供給が遮断される。圧縮機４０の種類は、特に限定されないが、スクリュ式であってもよい。

【0039】

本実施形態では、蓄圧部５０は、水中３と陸域１１とに接し地面１１ａに対して固定的に配置されている岸壁１０に設けられている。蓄圧部５０は、圧縮機４０から吐出された圧縮空気を貯蔵する空間である。本実施形態では、蓄圧部５０は、タンク状（中空状）の構造体４９の内部空間であり、略直方体の形をしている。タンク状の構造体４９は、内部空間の一部が水面２より低位になるように岸壁１０に埋め込まれている。すなわち、蓄圧部５０は、陸域１１の地面１１ａとの相対位置を固定して配置されている。蓄圧部５０は、海中の地面１２との相対位置を固定して配置されていてもよい。また、蓄圧部５０は、蓄圧部５０全体が水面２より低位になるように配置されていてもよい。

【0040】

蓄圧部５０には、他端が水中３に開放された通水路７の一端が、水面２より低位となる位置において接続されている。すなわち、蓄圧部５０は、通水路７を介して水中３に開放されている。後述するように、蓄圧部５０の内部への圧縮空気の流出入に伴い、通水路７を介して水が蓄圧部５０へ流入出する。従って、蓄圧部５０は、貯蔵されている圧縮空気の量に応じて空気層Ｓ１と水層Ｓ２とに分かれている。

【0041】

本実施形態では、蓄圧部５０は、内部空間の底側の部分である底部５０ａを有する。底部５０ａは、構造体４９の内側の底面４９ａに接する部分である。通水路７の一端は、底部５０ａの底面４９ａ付近に接続されている。

【0042】

蓄圧部５０は、膨張機６０の給気口６１と配管６ｂを介して流体的に接続されている。配管６ｂには図示されない電磁弁が設けられている。電磁弁を開いたとき、膨張機６０に圧縮空気が供給され、閉じたとき、圧縮空気の供給が遮断される。

【0043】

通水路７には、水流発電機９０が設けられている。水流発電機９０は、蓄圧部５０の圧縮空気の増減に伴って通水路７内に発生する水流によって駆動され、発電する。水流発電機９０は、配線５ｃによって図示しない電力系統に電気的に接続されている。水流発電機９０で発電した電力は、配線５ｃおよび電力系統を介して供給先に供給される。なお、水流発電機９０の構造は、特に限定されず、公知のものを使用できる。

【0044】

本実施形態では、通水路７には、流量調整弁（調整弁）８が設けられている。流量調整弁８は、蓄圧部５０における水の流入出量を調整する。すなわち、流量調整弁８の開度を大きくすることで通水路７内を流れる水量が増加し、流量調整弁８の開度を小さくすることで通水路７内を流れる水量が減少する。

【0045】

本実施形態では、タンク状の構造体４９、通水路７、流量調整弁８、および水流発電機９０は、岸壁１０の建造時に設置される。タンク状の構造体４９、通水路７、流量調整弁８、および水流発電機９０は、岸壁１０の建造後に追加工事によって設置されてもよい。また、タンク状の構造体４９を設けずに、岸壁１０を構成するコンクリート等によって蓄圧部５０を構成してもよい。

【0046】

膨張機６０は、給気口６１から蓄圧部５０で貯蔵した圧縮空気を給気され、内部で膨張させ、排気口６２から外部へ排気する。膨張機６０の種類は、特に限定されないが、スクリュ式であってもよい。膨張機６０は、発電機７０と機械的に接続されている。

【0047】

発電機７０は、膨張機６０によって駆動されることによって発電する。発電機７０は、配線５ｂによって図示しない電力系統に電気的に接続されている。発電機７０で発電した電力は、配線５ｂおよび電力系統を介して供給先に供給される。

【0048】

本実施形態では、モータ３０および圧縮機４０と、膨張機６０および発電機７０とが、岸壁１０上に配置されている。詳細には、モータ３０および圧縮機４０と、膨張機６０および発電機７０とは、蓄圧部５０の上方に配置されている。

【0049】

本実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、風力を利用して発電設備２０が発電すると、電力需要がある場合には、供給先（図示されないグリッド）へ電力を供給する。一方電力需要が無く、蓄電する場合には、発電した電力はモータ３０に供給される。モータ３０によって圧縮機４０が駆動されると、圧縮機４０から蓄圧部５０に圧縮空気が供給される。これにより、蓄圧部５０から通水路７を介して水が流出し、蓄圧部５０の水位が低下する。

【0050】

また、蓄圧部５０から膨張機６０に圧縮空気が供給されると、膨張機６０が発電機７０を駆動する。発電機７０で発電した電力は、図示しない供給先に供給される。このとき、蓄圧部５０の圧縮空気量の低下に伴って蓄圧部５０には通水路７を介して水が流入し、蓄圧部５０の水位が上昇する。このとき、通水路７内を流れる水が、水流発電機９０を駆動し、発電した電力は図示しない供給先に供給される。

【0051】

本実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、蓄圧部５０に圧縮空気が供給される際、水は通水路７を介して蓄圧部５０から流出する。また、蓄圧部５０から圧縮空気が排気される際、水は通水路７を介して蓄圧部５０に流入する。すなわち、蓄圧部５０の圧縮空気の増減に伴って、通水路７内に水流が生じる。通水路７に水流発電機９０が設けられているため、通水路７内に生じた水流が有するエネルギーを回収し発電することができる。従って、膨張機６０による発電に加え、水流発電機９０でも発電することができる。また、圧縮空気の圧力が水の水頭圧を下回っていれば、通水路７は水で満たされており、圧縮空気が水中に漏出することが抑制ないし防止され得る。

【0052】

また、蓄圧部５０に圧縮空気が供給される際、水が蓄圧部５０の底部５０ａから流出するため、蓄圧部５０に水が滞留することが抑制され得る。そのため、通水路７内を通過する水量が増加し、水流発電機９０による発電量が増加し得る。

【0053】

また、岸壁１０に蓄圧部５０が設けられているため、岸壁１０を建造する際に蓄圧部５０を設けることができる。つまり、例えば、ケーソンの内部空間に蓄圧部５０を設けることによって、蓄圧部５０が構成された岸壁１０を製造することができる。そのため、岸壁１０と蓄圧部５０とを同時に建造でき、工数を低減できる。また、既存の岸壁１０に蓄圧部５０を追加工事で設ける場合であっても、岸壁１０の設計図を基に設計や施工できるため、蓄圧部５０を容易に設けることができる。

【0054】

また、圧縮空気の貯蔵を目的にタンク状の構造体４９を製造できるため、圧縮空気を確実に貯蔵できる。

【0055】

また、通水路７に流量調整弁８が設けられているため、通水路７内を通過する水量を調整することができる。そのため、水流発電機９０の発電効率が高くなるように流量を調整できる。従って、水流発電機９０の発電量を増加させることができる。

【0056】

また、圧縮機４０、膨張機６０、および蓄圧部５０が同じ岸壁１０に配置されている。そのため、圧縮空気を流すための配管６ａ，６ｂの取り回しを岸壁１０の近傍で完結させることができる。従って、圧縮機４０および膨張機６０と、蓄圧部５０とを容易に流体的に接続できる。

【0057】

（第２実施形態）
図２Ａに示す第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、満潮および干潮による潮位差が生じる海に接する箇所に配置され、開閉弁９を有している。これに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

【0058】

第２実施形態では、水面（海面）２の位置は、満潮および干潮によって変動する。換言すると、水面２は、満潮時の水位Ｈ１と干潮時の水位Ｈ２との間で変動する。

【0059】

第２実施形態では、蓄圧部５０は、蓄圧部５０の一部が水位Ｈ１と水位Ｈ２との間に位置するように配置されている。具体的には、構造体４９の内側の底面４９ａが水位Ｈ１と水位Ｈ２との間に位置し、構造体４９の内側の天面４９ｂが水位Ｈ１より上に位置するように配置されている。

【0060】

図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄを参照して、蓄圧部５０の位置に関する変形例を説明する。図２Ｂ～Ｄは、蓄圧部５０と、水位Ｈ１および水位Ｈ２との位置関係に関する変形例を示す概略図である。位置関係を明瞭に説明するために、岸壁１０、陸域１１、構造体４９、蓄圧部５０以外の構成の図示は省略している。

【0061】

図２Ｂに示すように、蓄圧部５０は、底面４９ａが水位Ｈ２より下に位置し、天面４９ｂが水位Ｈ１と水位Ｈ２との間に位置するように配置されてもよい。

【0062】

図２Ｃに示すように、蓄圧部５０は、底面４９ａが水位Ｈ２より下に位置し、天面４９ｂが水位Ｈ１より上に位置するように配置されてもよい。

【0063】

図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、蓄圧部５０の底部に開放している通水路７の一端は、干潮時においても水位Ｈ２よりも低位（干潮時の水面よりも下）に位置することが望ましい。また、水中側で開放している通水路７の他端（水中開放端）は、干潮時においても水中に位置するように、水位Ｈ２よりも低位（干潮時の水面よりも下）に位置することが望ましい。このように構成することで、干潮時においても水中から蓄圧部５０へ向かう水流を形成することができるため、水流発電機稼働率を上げることができる。

【0064】

図２Ｄに示すように、蓄圧部５０は、底面４９ａと天面４９ｂとが水位Ｈ１と水位Ｈ２との間にそれぞれ位置するように配置されてもよい。

【0065】

図２Ａを参照すると、第２実施形態では、通水路７に開閉弁９が設けられている。開閉弁９は、蓄圧部５０と水中３とを流体的に連通または遮断する。すなわち、開閉弁９を開状態とすることで、蓄圧部５０は水中３に開放され、開閉弁９を閉状態とすることで、蓄圧部５０は水中３から遮断される。

【0066】

第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１の発電方法の一例を以下に説明する。

【0067】

干潮時、すなわち、水面２が水位Ｈ２に位置し、蓄圧部５０に水が概ね無いとき、開閉弁９を閉状態し、圧縮空気を蓄圧部５０に貯蔵する。干潮時から満潮時に至るまでの間、すなわち、水面２が水位Ｈ２から水位Ｈ１まで変動する間、開閉弁９を閉状態で維持する。満潮時に、開閉弁９を開状態とし、同時に蓄圧部５０の圧縮空気を膨張機６０に給気することで、水中３から蓄圧部５０に水が流れる。

【0068】

この時、圧縮空気が膨張機６０に給気されることで、発電機７０で発電される。また、水中３から蓄圧部５０に流れる水によって水流発電機９０が駆動され、発電される。換言すると、水流発電機９０は、潮の満ち引き伴って通水路内に発生する水流によって駆動され、発電する。

【0069】

水流発電機９０では、構造体４９の内側の底面４９ａから満潮時の水位Ｈ１までの高さ分の水頭圧が有する位置エネルギーが回収され、発電される。また、蓄圧部５０に水が流入する際、蓄圧部５０の圧縮空気を膨張機６０に押し出すように水の位置エネルギーが付加されるため、発電機７０における発電量も増加する。換言すると、発電機７０では、蓄圧部５０に貯蔵された圧縮空気のエネルギーに加え、構造体４９の内側の底面４９ａから満潮時の水位Ｈ１までの高さ分の水頭圧が有する位置エネルギーの一部で発電される。

【0070】

ここで、干潮時に開閉弁９を閉状態とし、満潮時に開閉弁９を開状態としているが、これは潮位差による位置エネルギーを最も有効に活用するためである。すなわち、位置エネルギーが生じるように開閉弁９の開閉状態を切り替えれば、開閉弁９の開閉状態を切り替えるタイミングは、干潮時および満潮時に限らない。また、蓄圧部５０の圧縮空気を膨張機６０に給気するタイミングは、満潮時に限らない。

【0071】

第２実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１によれば、潮の満ち引きを利用して発電できる。そのため、水流発電機９０では、圧縮空気によって発生する水流を利用した発電に加え、潮力を利用した発電も行われ得る。

【0072】

また、開閉弁９を操作することで、水と圧縮空気とが通水路７内を通過することを許容又は遮断できる。そのため、干潮時の水頭圧が低い場合、または水頭圧がない場合であっても開閉弁９を閉状態とすることで、蓄圧部５０に圧縮空気を貯蔵できる。また、干潮時から満潮時に至るまで開閉弁９を閉状態で維持し、満潮時に開状態とすることで、潮力による発電を効率的に行うことができる。

【0073】

（第３実施形態）
図３に示す第３実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、圧縮膨張兼用機８０を有している。これに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

【0074】

第３実施形態では、第１実施形態における圧縮機４０（図１参照）および膨張機６０（図１参照）が、圧縮膨張兼用機８０として一体に構成されている。圧縮膨張兼用機８０は、スクリュ式であってもよい。また、第１実施形態におけるモータ３０（図１参照）および発電機７０（図１参照）が、電動発電兼用機８１として一体に構成されている。

【0075】

第３実施形態によれば、第１実施形態における圧縮機４０（図１参照）および膨張機６０（図１参照）の設置スペースを減少させることができる。

【0076】

（第４実施形態）
図４に示す第４実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、蓄圧部５０に関して第１実施形態と異なる。これらに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

【0077】

第４実施形態では、蓄圧部５０がタンク５１～５４の内部空間５１ａ～５４ａによって構成されている。

【0078】

タンク５１～５４の内部空間５１ａ～５４ａには、水中３に開放された通水路７が流体的に接続されている。タンク５１～５４の内部空間５１ａ～５４ａの圧縮空気の増減に伴って、通水路７を介してタンク５１～５４の内部空間５１ａ～５４ａに水が出入りする。

【0079】

第４実施形態によれば、タンク５１～５４の内部空間５１ａ～５４ａからなる蓄圧部５０を岸壁１０に埋めることができるので、施工が容易である。

【0080】

配管６ａ及び配管６ｂと、各タンク５１～５４とを接続する各枝管５１ｂ～５４ｂに電磁弁を設けてもよく、各タンク５１～５４と水流発電機９０とを接続する通水路７の各枝管７ａ～７ｄに電磁弁を設けてもよい。このように構成することにより、各タンク５１～５４毎に、圧縮空気または水の貯蔵量を増減させて、蓄圧及び発電、または水流発電を制御することができる。

【0081】

（第５実施形態）
図５に示す第５実施形態に係るＣＡＥＳ発電装置１は、設置場所に関して第１実施形態と異なる。これらに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

【0082】

第５実施形態では、蓄圧部５０は水中３と接する、例えば自然海岸などの陸域１１に埋設されている。それに限らず、蓄圧部５０は堤防を介して水中３と隔てられた陸域１１に埋設されてもよい。すなわち、蓄圧部５０は、陸域１１を介して水中３と隣接し、地面１１ａとの相対位置を固定して配置されているタンク状の構造体４９の内部空間である。

【0083】

通水路７、流量調整弁８、および水流発電機９０は、水流発電ユニット９１として一体に構成されている。水中３と蓄圧部５０との間の陸域１１を掘削し、その掘削した箇所に水流発電ユニット９１を設置することで、蓄圧部５０と水中３とを連通させる。代替的には、掘削した箇所に通水路７、流量調整弁８、および水流発電機９０を配置し、陸域１１との間に生じている隙間をコンクリート等で埋めてもよい。つまり、水流発電ユニット９１を構成せずに、通水路７、流量調整弁８、および水流発電機９０を別体で陸域１１に設置してもよい。

【0084】

また、第５実施形態では、圧縮機４０と膨張機６０とは、陸域１１上に設けられている。

【0085】

第５実施形態によれば、例えば風速が速い陸域１１に、風力発電で発電するＣＡＥＳ発電装置１を設置することができる。そのため、再生可能エネルギーによる発電量を増やしつつ、発電した電力を圧縮空気として蓄圧部５０に貯蔵することができる。

【0086】

また、構造体４９は、圧縮空気の貯蔵を目的に製造され得るため、圧縮空気を確実に貯蔵できる。また、構造体４９を製造してから陸域１１に配置することができるため、容易に施工できる。

【0087】

以上より、本発明の具体的な実施形態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。

【符号の説明】

【0088】

１ 圧縮空気貯蔵発電装置（ＣＡＥＳ発電装置）
２ 水面
３ 水中
４ 水上
５ａ，５ｂ，５ｃ 配線
６ａ，６ｂ 配管
７ 通水路
７ａ～７ｄ 枝管
８ 流量調整弁（調整弁）
９ 開閉弁
１０ 岸壁（構造物）
１１ 陸域
１１ａ 地面
１２ 地面
２０ 発電設備
３０ モータ（電動機）
４０ 圧縮機
４１ 吸気口
４２ 吐出口
４９ 構造体
４９ａ 底面
４９ｂ 天面
５０ 蓄圧部
５０ａ 底部
５１～５４ タンク（構造体）
５１ａ～５４ａ 内部空間
５１ｂ～５４ｂ 枝管
６０ 膨張機
６１ 給気口
６２ 排気口
７０ 発電機
８０ 圧縮膨張兼用機
８１ 電動発電兼用機
９０ 水流発電機
９１ 水流発電ユニット

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】