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(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】P2024167040
(43)【公開日】2024-11-29
(54)【発明の名称】圧縮空気エネルギ貯蔵装置
(51)【国際特許分類】
F02C 6/16 20060101AFI20241122BHJP
F02C 9/00 20060101ALI20241122BHJP
【ＦＩ】
F02C6/16
F02C9/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023220797
(22)【出願日】2023-12-27
(31)【優先権主張番号】P 2023083034
(32)【優先日】2023-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】502129933
【氏名又は名称】株式会社日立産機システム
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】永田 修平
(72)【発明者】
【氏名】小山 昌喜
(72)【発明者】
【氏名】千葉 紘太郎
(57)【要約】
【課題】工場の電力需給調整により合理的に電力平準化を図る。
【解決手段】電動機により駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンクに貯蔵された前記圧縮空気により駆動される膨張機と、前記膨張機により駆動される発電機と、空気圧で駆動される空圧機器に前記圧縮空気を供給する空圧供給配管とを備え、前記圧縮機により、前記空圧機器を駆動する空圧使用圧力より高く設定した所定圧力を超える圧力まで空気を圧縮し、前記所定圧力を超える圧縮空気を前記膨張機に供給して発電し、前記所定圧力以下の圧縮空気を、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に供給する圧縮空気エネルギ貯蔵装置を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】電動機により駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンクに貯蔵された前記圧縮空気により駆動される膨張機と、前記膨張機により駆動される発電機と、空気圧で駆動される空圧機器に前記圧縮空気を供給する空圧供給配管とを備え、前記圧縮機により、前記空圧機器を駆動する空圧使用圧力より高く設定した所定圧力を超える圧力まで空気を圧縮し、前記所定圧力を超える圧縮空気を前記膨張機に供給して発電し、前記所定圧力以下の圧縮空気を、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に供給する圧縮空気エネルギ貯蔵装置を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電動機により駆動される圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクに貯蔵された前記圧縮空気により駆動される膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、
空気圧で駆動される空圧機器に前記圧縮空気を供給する空圧供給配管と、
を備え、
前記圧縮機により、前記空圧機器を駆動する空圧使用圧力より高く設定した所定圧力を超える圧力まで空気を圧縮し、
前記所定圧力を超える圧縮空気を前記膨張機に供給して発電し、
前記所定圧力以下の圧縮空気を、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に供給する
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、
前記蓄圧タンクに貯蔵された前記圧縮空気により駆動される膨張機と、
前記膨張機により駆動される発電機と、
空気圧で駆動される空圧機器に前記圧縮空気を供給する空圧供給配管と、
を備え、
前記圧縮機により、前記空圧機器を駆動する空圧使用圧力より高く設定した所定圧力を超える圧力まで空気を圧縮し、
前記所定圧力を超える圧縮空気を前記膨張機に供給して発電し、
前記所定圧力以下の圧縮空気を、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に供給する
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項2】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記空圧供給配管の圧力を検出する圧力センサと、
前記空圧供給配管に設けられた開閉弁と、
前記圧力センサで検出される前記空圧供給配管の圧力を基に前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、
前記電動機は、再生エネルギ発電装置が接続された送配電系統からの電力で駆動され、
前記制御装置は、
前記再生エネルギ発電装置の発電量、前記空圧機器を使用する施設の電力使用量、及び前記圧力センサで検出される前記空圧供給配管の圧力を入力し、
前記発電量が前記電力使用量より少なく、前記空圧供給配管の圧力が前記空圧使用圧力以上で前記所定圧力以下である場合、前記開閉弁を開放し前記空圧供給配管から前記空圧機器に前記圧縮空気を供給する
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記空圧供給配管の圧力を検出する圧力センサと、
前記空圧供給配管に設けられた開閉弁と、
前記圧力センサで検出される前記空圧供給配管の圧力を基に前記開閉弁を制御する制御装置とを備え、
前記電動機は、再生エネルギ発電装置が接続された送配電系統からの電力で駆動され、
前記制御装置は、
前記再生エネルギ発電装置の発電量、前記空圧機器を使用する施設の電力使用量、及び前記圧力センサで検出される前記空圧供給配管の圧力を入力し、
前記発電量が前記電力使用量より少なく、前記空圧供給配管の圧力が前記空圧使用圧力以上で前記所定圧力以下である場合、前記開閉弁を開放し前記空圧供給配管から前記空圧機器に前記圧縮空気を供給する
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項3】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記空圧供給配管は、前記蓄圧タンクと前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記空圧供給配管は、前記蓄圧タンクと前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項4】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記膨張機は、前記蓄圧タンクからの圧縮空気で駆動される高圧膨張機と、前記高圧膨張機から吐出された圧縮空気で駆動される低圧膨張機とを含んで構成されており、
前記空圧供給配管は、前記高圧膨張機及び前記低圧膨張機を接続する配管と前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記膨張機は、前記蓄圧タンクからの圧縮空気で駆動される高圧膨張機と、前記高圧膨張機から吐出された圧縮空気で駆動される低圧膨張機とを含んで構成されており、
前記空圧供給配管は、前記高圧膨張機及び前記低圧膨張機を接続する配管と前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項5】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記圧縮機は、低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気を圧縮する高圧圧縮機とを含んで構成されており、
前記空圧供給配管は、前記低圧圧縮機及び前記高圧圧縮機を接続する配管と前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記圧縮機は、低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気を圧縮する高圧圧縮機とを含んで構成されており、
前記空圧供給配管は、前記低圧圧縮機及び前記高圧圧縮機を接続する配管と前記空圧機器とを接続する配管を含んで構成される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項6】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記圧縮機とは異なる空圧供給圧縮機と、
前記空圧供給圧縮機と前記空圧供給配管とを接続する配管と
を含む圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記圧縮機とは異なる空圧供給圧縮機と、
前記空圧供給圧縮機と前記空圧供給配管とを接続する配管と
を含む圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項7】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記蓄圧タンクに接続し、前記蓄圧タンクのタンク圧を上昇させる給水ポンプを備えた圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記蓄圧タンクに接続し、前記蓄圧タンクのタンク圧を上昇させる給水ポンプを備えた圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項8】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記圧縮機は、大気を前記所定圧力以下の圧力まで圧縮する低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気を前記所定圧力を超える圧力まで圧縮する高圧圧縮機とを含み、
前記蓄圧タンクは、前記低圧圧縮機で圧縮された前記所定圧力以下の圧縮空気を貯蔵する低圧蓄圧タンクと、前記高圧圧縮機で圧縮された前記所定圧力を超える圧縮空気を貯蔵する高圧蓄圧タンクとを含み、
前記膨張機には、前記高圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給され、
前記空圧機器には、前記空圧供給配管を介して前記低圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記圧縮機は、大気を前記所定圧力以下の圧力まで圧縮する低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機で圧縮された圧縮空気を前記所定圧力を超える圧力まで圧縮する高圧圧縮機とを含み、
前記蓄圧タンクは、前記低圧圧縮機で圧縮された前記所定圧力以下の圧縮空気を貯蔵する低圧蓄圧タンクと、前記高圧圧縮機で圧縮された前記所定圧力を超える圧縮空気を貯蔵する高圧蓄圧タンクとを含み、
前記膨張機には、前記高圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給され、
前記空圧機器には、前記空圧供給配管を介して前記低圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項9】
請求項８の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記低圧蓄圧タンクは、前記高圧蓄圧タンクと減圧装置を介して接続されている圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記低圧蓄圧タンクは、前記高圧蓄圧タンクと減圧装置を介して接続されている圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【請求項10】
請求項１の圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、
前記蓄圧タンクは、高圧蓄圧タンクと、低圧蓄圧タンクとを含み、
前記低圧蓄圧タンクは、減圧装置を介して前記高圧蓄圧タンクと接続されると共に、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に接続され、
前記高圧蓄圧タンクには、前記圧縮機で前記所定圧力を超える圧力まで圧縮された圧縮空気が貯蔵され、
前記低圧蓄圧タンクには、前記減圧装置で前記所定圧力以下に減圧された圧縮空気が貯蔵され、
前記膨張機には、前記高圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給され、
前記空圧機器には、前記減圧装置で減圧された圧縮空気が前記空圧供給配管を介して供給される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
前記蓄圧タンクは、高圧蓄圧タンクと、低圧蓄圧タンクとを含み、
前記低圧蓄圧タンクは、減圧装置を介して前記高圧蓄圧タンクと接続されると共に、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に接続され、
前記高圧蓄圧タンクには、前記圧縮機で前記所定圧力を超える圧力まで圧縮された圧縮空気が貯蔵され、
前記低圧蓄圧タンクには、前記減圧装置で前記所定圧力以下に減圧された圧縮空気が貯蔵され、
前記膨張機には、前記高圧蓄圧タンクの圧縮空気が供給され、
前記空圧機器には、前記減圧装置で減圧された圧縮空気が前記空圧供給配管を介して供給される
圧縮空気エネルギ貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮空気エネルギ貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【0002】
風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギを利用した発電は、気象条件に依存するため、発電量が変動し安定しないことがある。このような変動に対し、発電出力を平準化するシステムとして圧縮空気エネルギ貯蔵（Compressed Air Energy Storage：ＣＡＥＳ）システムが知られている。
【0003】
このＣＡＥＳシステムを利用した圧縮空気エネルギ貯蔵装置（ＣＡＥＳ装置）は、電気エネルギを圧縮空気として蓄圧タンクに蓄え、電力が必要な時に圧縮空気により膨張機を駆動して発電機を動作させ、電気エネルギを生成して出力を平準化する。
【0004】
こうしたＣＡＥＳ装置において、例えば特許文献１には、電力変動の周期に応じて大きさの異なるタンクに圧縮空気を貯蔵する圧縮空気エネルギ貯蔵装置が開示されている。特許文献２には、圧縮空気エネルギ貯蔵装置において、所定の圧力より低圧の圧縮空気は膨張機を通さずに排気することで、膨張機の運転効率を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６３６８５７７号公報
【特許文献2】特開２０１７-８８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
工場や事業所での炭素中立の実現を目的として再生可能エネルギ発電が導入される際、再生可能エネルギの主電源化のために電力平準化技術、及びエネルギ需給調整技術が求められる。例えば、太陽光発電装置で発電する場合、日中の余剰電力が発生する時間帯にＣＡＥＳ装置では圧縮機を運転して圧縮空気を蓄圧しておくことで、エネルギを貯蔵する。但し、日中は工場内の生産機器の稼働が多く、発電量は多いものの電力使用量も多い。そのため、日中の工場の電力需要を満たしつつ効率的にエネルギを貯蔵し、発電量の少ない時間帯への電力シフト（電力平準化）を効果的に行うために改善の余地がある。
【0007】
本発明の目的は、工場の電力需給調整により合理的に電力平準化を図ることができる圧縮空気エネルギ貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明は、電動機により駆動される圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を貯蔵する蓄圧タンクと、前記蓄圧タンクに貯蔵された前記圧縮空気により駆動される膨張機と、前記膨張機により駆動される発電機と、空気圧で駆動される空圧機器に前記圧縮空気を供給する空圧供給配管とを備え、前記圧縮機により、前記空圧機器を駆動する空圧使用圧力より高く設定した所定圧力を超える圧力まで空気を圧縮し、前記所定圧力を超える圧縮空気を前記膨張機に供給して発電し、前記所定圧力以下の圧縮空気を、前記空圧供給配管を介して前記空圧機器に供給する圧縮空気エネルギ貯蔵装置を提供する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、工場の電力需給調整により合理的に電力平準化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図2】本発明の第２実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図3】本発明の第３実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図4】本発明の第４実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図5】本発明の第５実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図6】本発明の第６実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図7】本発明の第７実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図8】本発明の第８実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図9】本発明の第９実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【図10】本発明の第１０実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
（第１実施形態）
（１－１）ＣＡＥＳ装置
図１は本発明の第１実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図である。ＣＡＥＳ装置１は、太陽光発電装置２や風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置が接続された送配電系統５の電力（グリッド電力）を平準化する装置である。再生エネルギ発電装置は、例えば工場Ｍに電力を供給可能である。工場Ｍの電力使用量に対して再生可能エネルギ発電装置の発電量が不足する場合、工場Ｍは不足分をグリッド電力で補う。再生エネルギ発電装置はまた、パワーコンディショナ４を介して送配電系統５に接続する。ＣＡＥＳ装置１は、再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量に対して多いときに、一部のグリッド電力を圧縮空気のエネルギとして貯蔵する（充電する）。また、ＣＡＥＳ装置１は、再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量に対して少ないときに、貯蔵した圧縮空気で発電して送配電系統５に電力を戻す（放電する）。また、ＣＡＥＳ装置１は、工場Ｍにおいて空気圧で駆動される空圧機器Ｍ１に対して圧縮空気を供給可能である。
（１－１）ＣＡＥＳ装置
図１は本発明の第１実施形態に係るＣＡＥＳ装置の模式図である。ＣＡＥＳ装置１は、太陽光発電装置２や風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置が接続された送配電系統５の電力（グリッド電力）を平準化する装置である。再生エネルギ発電装置は、例えば工場Ｍに電力を供給可能である。工場Ｍの電力使用量に対して再生可能エネルギ発電装置の発電量が不足する場合、工場Ｍは不足分をグリッド電力で補う。再生エネルギ発電装置はまた、パワーコンディショナ４を介して送配電系統５に接続する。ＣＡＥＳ装置１は、再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量に対して多いときに、一部のグリッド電力を圧縮空気のエネルギとして貯蔵する（充電する）。また、ＣＡＥＳ装置１は、再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量に対して少ないときに、貯蔵した圧縮空気で発電して送配電系統５に電力を戻す（放電する）。また、ＣＡＥＳ装置１は、工場Ｍにおいて空気圧で駆動される空圧機器Ｍ１に対して圧縮空気を供給可能である。
【0013】
本実施形態のＣＡＥＳ装置１は、圧縮機－膨張機ユニット１０、蓄熱ユニット２０、及び空圧供給配管３０を含んで構成される。圧縮機－膨張機ユニット１０は、モータ（電動機）１１、圧縮機１２、蓄圧タンク１３、膨張機１４、発電機１５を備える。蓄熱ユニット２０は、水等の蓄熱媒体を含む蓄熱タンク２１，２２、熱交換器２４，２５を備える。
【0014】
ＣＡＥＳ装置１は、圧縮機１２により空圧機器Ｍ１を駆動する空圧使用圧力Ｐ１（例えば０．５ＭＰａ程度）より高く設定した所定圧力Ｐ２（例えば０．６ＭＰａ程度，Ｐ１＜Ｐ２）を超える圧力まで空気を圧縮し、所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気は膨張機１４に供給して発電し、所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気は空圧供給配管３０を介して空圧機器Ｍ１に供給する。所定圧力Ｐ２には、範囲を設けても良い。但し、所定圧力Ｐ２の下限値は空圧使用圧力Ｐ１より高く、所定圧力Ｐ２の上限値は貯蔵圧力Ｐ３よりも低く設定される。貯蔵圧力Ｐ３は、蓄圧タンク１３のタンク内圧力の仕様上の上限値である。
【0015】
（１－１ａ）圧縮機－膨張機ユニット
モータ１１は、圧縮機１２を駆動する原動機である。モータ１１は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では２つのモータ１１ａ，１１ｂを図示してある。モータ１１ａ，１１ｂは、送配電系統５にパワーコンディショナ１６を介して接続する。
モータ１１は、圧縮機１２を駆動する原動機である。モータ１１は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では２つのモータ１１ａ，１１ｂを図示してある。モータ１１ａ，１１ｂは、送配電系統５にパワーコンディショナ１６を介して接続する。
【0016】
圧縮機１２は、モータ１１により駆動されて空気を圧縮する回転機械である。圧縮機１２は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では低圧圧縮機である圧縮機１２ａ、及び高圧圧縮機である圧縮機１２ｂの２つの圧縮機を図示してある。圧縮機１２ａの吸入口は大気中で開口し、圧縮機１２ａの吐出口は配管Ｌｃ１を介して圧縮機１２ｂの吸入口に接続する。圧縮機１２ｂの吐出口は、配管Ｌｃ２を介して熱交換器２４に接続し、熱交換器２４を経由して更に配管系統Ｌを介して蓄圧タンク１３に接続する。圧縮機１２ａの回転軸はモータ１１ａの出力軸に機械的に連結されており、大気を吸い込んで圧縮する低段側圧縮行程を担う。圧縮機１２ｂの回転軸はモータ１１ａの出力軸に機械的に連結されており、圧縮機１２ａで圧縮された圧縮空気を更に圧縮する高段側圧縮行程を担う。
【0017】
圧縮機－膨張機ユニット１０では、これら圧縮機１２ａ，１２ｂにより多段圧縮が行われ、圧縮機１２ａ，１２ｂで圧縮された圧縮空気は、熱交換器２４を介して蓄圧タンク１３に貯蔵される。蓄圧タンク１３は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では３つの蓄圧タンク１３ａ－１３ｃを図示してある。前述した配管系統Ｌは、複数の配管Ｌ１－Ｌ６を含む。配管Ｌ４は熱交換器２４の圧縮空気の出口に接続され、配管Ｌ５は熱交換器２５の圧縮空気の入口に接続され、配管Ｌ６は配管Ｌ４，Ｌ５を接続している。配管Ｌ１は蓄圧タンク１３ａを、配管Ｌ２は蓄圧タンク１３ｂを、配管Ｌ３は蓄圧タンク１３ｃを、それぞれ配管Ｌ６に接続している。この配管系統Ｌにより、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃが、熱交換器２４，２５に並列に接続される。
【0018】
膨張機１４は、蓄圧タンク１３に貯蔵された圧縮空気により駆動される回転機械である。膨張機１４は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では蓄圧タンク１３からの圧縮空気で駆動される高圧膨張機である膨張機１４ａ、高圧膨張機１４ａから吐出された圧縮空気で駆動される低圧膨張機である膨張機１４ｂの２つの膨張機を図示してある。膨張機１４ａの吸入口には熱交換器２５及び配管Ｌｅ１を介して蓄圧タンク１３が接続し、膨張機１４ａの吐出口は配管Ｌｅ２を介して膨張機１４ｂの吸入口に接続する。膨張機１４ｂの吐出口は大気中で開口する。膨張機１４ａは高段側膨張行程を担い、膨張機１４ｂは低段側膨張行程を担う。圧縮機－膨張機ユニット１０では、これら膨張機１４ａ，１４ｂにより多段膨張が行われ、膨張機１４ｂから吐出された空気は大気に放出される。
【0019】
発電機１５は、膨張機１４により駆動されて発電する。発電機１５は、本実施形態のＣＡＥＳ装置１には複数備わっており、図１では膨張機１４ａで駆動される発電機１５ａ、膨張機１４ｂで駆動される発電機１５ｂの２つの発電機を図示してある。発電機１５ａの回転軸は膨張機１４ａの出力軸に機械的に連結されており、発電機１５ｂの回転軸は膨張機１４ｂの出力軸に機械的に連結されている。また、発電機１５ａ，１５ｂは、パワーコンディショナ１７を介して、送配電系統５に接続される。発電機１５ａ，１５ｂは、膨張機１４ａ，１４ｂにより駆動されて発電（電力再生）し、再生した電力を送配電系統５に戻す。
【0020】
（１－１ｂ）蓄熱ユニット
蓄熱ユニット２０では、圧縮機１２で圧縮された圧縮空気の熱が、熱交換器２４で蓄熱タンク２２からの蓄熱媒体に回収される。熱交換器２４で昇温した高温の蓄熱媒体は、蓄熱タンク２１に貯蔵される。蓄熱タンク２１に貯蔵される高温の蓄熱媒体は熱交換器２５で圧縮空気に放熱し、熱交換器２５で降温した低温の蓄熱媒体が蓄熱タンク２２に戻る。蓄熱ユニット２０にはポンプ２８，２９が備わっており、ポンプ２８，２９により蓄熱媒体が移送されて蓄熱ユニット２０を循環する。
蓄熱ユニット２０では、圧縮機１２で圧縮された圧縮空気の熱が、熱交換器２４で蓄熱タンク２２からの蓄熱媒体に回収される。熱交換器２４で昇温した高温の蓄熱媒体は、蓄熱タンク２１に貯蔵される。蓄熱タンク２１に貯蔵される高温の蓄熱媒体は熱交換器２５で圧縮空気に放熱し、熱交換器２５で降温した低温の蓄熱媒体が蓄熱タンク２２に戻る。蓄熱ユニット２０にはポンプ２８，２９が備わっており、ポンプ２８，２９により蓄熱媒体が移送されて蓄熱ユニット２０を循環する。
【0021】
（１－１ｃ）空圧供給配管
空圧供給配管３０は、空気圧で駆動される空圧機器Ｍ１にＣＡＥＳ装置１から圧縮空気を供給する配管である。空圧機器Ｍ１は、例えば工場Ｍで使用されるエア駆動式の機器であり、工場に設置された空圧源としての圧縮機Ｘ（不図示）で生成されて工場内のエア配管から供給される圧縮空気で駆動される。本実施形態において、空気供給配管３０は、例えば工場内のエア配管に圧縮機Ｘと並列に接続され、圧縮機Ｘと共に又は圧縮機Ｘに代わって空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給することができる。
空圧供給配管３０は、空気圧で駆動される空圧機器Ｍ１にＣＡＥＳ装置１から圧縮空気を供給する配管である。空圧機器Ｍ１は、例えば工場Ｍで使用されるエア駆動式の機器であり、工場に設置された空圧源としての圧縮機Ｘ（不図示）で生成されて工場内のエア配管から供給される圧縮空気で駆動される。本実施形態において、空気供給配管３０は、例えば工場内のエア配管に圧縮機Ｘと並列に接続され、圧縮機Ｘと共に又は圧縮機Ｘに代わって空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給することができる。
【0022】
本実施形態において、空圧供給配管３０は、蓄圧タンク１３と空圧機器Ｍ１（工場Ｍのエア配管）とを接続する配管３１－３４を含んで構成される。配管３１は蓄圧タンク１３ａに接続する配管Ｌ１に、配管３２は蓄圧タンク１３ｂに接続する配管Ｌ２に、配管３３は蓄圧タンク１３ｃに接続する配管Ｌ３に接続する。配管３１－３３は合流し、配管３４を介して空圧機器Ｍ１に接続する。
【0023】
なお、配管３１にはバルブＶ３１が、配管３２にはバルブＶ３２が、配管３３にはバルブＶ３３が、それぞれ備えられている。また、前述した配管Ｌ４にはバルブＶＬ４が、配管Ｌ５にはバルブＶＬ５が、それぞれ備えられている。また、前述した配管Ｌ１（配管３１の分岐部よりも蓄圧タンク１３ａから遠い部位）にはバルブＶＬ１が設けられている。同様に、配管Ｌ２（配管３２の分岐部よりも蓄圧タンク１３ｂから遠い部位）にはバルブＶＬ２が、配管Ｌ３（配管３３の分岐部よりも蓄圧タンク１３ｃから遠い部位）にはバルブＶＬ３が、それぞれ設けられている。これらバルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５は、それぞれ対応する配管を開閉する開閉弁であり、例えば電磁駆動式とすることにより制御装置（不図示）により開閉制御可能であり、手動開閉弁を採用することもできる。
【0024】
また、配管３１には圧力センサＳ３１が、配管３２には圧力センサＳ３２が、配管３３には圧力センサＳ３３が、配管３４には圧力センサＳ３４が、それぞれ備えられている。また、前述した配管Ｌｃ１には圧力センサＳｃが、配管Ｌｅ２には圧力センサＳｅが、それぞれ備えられている。これら圧力センサＳ３１－Ｓ３４，Ｓｃ，Ｓｅは、それぞれ対応する配管の圧力を検出する圧力センサであり、これら圧力センサで検出される圧力によりＣＡＥＳ装置１の系統の各部の圧力をモニタリングすることができ、またこれら圧力センサで検出される圧力を基に制御装置（不図示）によりバルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５を自動開閉制御できるようにすることもできる。
【0025】
（１－２）基本動作
ＣＡＥＳ装置１の基本動作、具体的には充電動作、放電動作、空圧供給動作について順次説明する。
ＣＡＥＳ装置１の基本動作、具体的には充電動作、放電動作、空圧供給動作について順次説明する。
【0026】
（１－２ａ）充電動作
圧縮空気を生成して貯蔵する充電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。充電動作時は、典型的には、空圧供給配管３０のバルブＶ３１－Ｖ３３、及び熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は閉じておく。また、熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は開けておく。
圧縮空気を生成して貯蔵する充電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。充電動作時は、典型的には、空圧供給配管３０のバルブＶ３１－Ｖ３３、及び熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は閉じておく。また、熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は開けておく。
【0027】
まず、モータ１１ａ，１１ｂが送配電系統５からの入力電力により駆動される。モータ１１ａ，１１ｂにより圧縮機１２ａ，１２ｂが駆動され、圧縮機１２ａ，圧縮機１２ｂにより２段圧縮が行われる。圧縮機１２ａでは、吸入口から大気が吸入されて１段目の断熱圧縮が行われる。圧縮機１２ｂでは、圧縮機１２ａの吐出口から吐出される圧縮空気が吸入されて２段目の断熱圧縮が行われ、高圧で高温の圧縮空気が吐出される。この高温高圧の圧縮空気は熱交換器２４に流入し、蓄熱タンク２２から熱交換器２４に供給される低温の蓄熱媒体と熱交換する。この熱交換により低温の蓄熱媒体は高温となり、高温側の蓄熱タンク２１に貯蔵される。一方、圧縮空気は温度を低下させ、蓄圧タンク１３に流入し貯蔵される。
【0028】
その際、圧縮空気は、例えば蓄圧タンク１３ａ，１３ｂ，１３ｃの順に貯蔵される。すなわち、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂ，１３ｃがいずれも所定の貯蔵圧力Ｐ３（例えば１．２ＭＰａ程度，Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３）未満である場合、蓄圧タンク１３ｂ，１３ｃのバルブＶＬ２，ＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ａのバルブＶＬ１を開き、蓄圧タンク１３ａに圧縮空気を送り込む。その後、圧力センサＳ３１で検出される蓄圧タンク１３ａの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に達したら、蓄圧タンク１３ａ，１３ｃのバルブＶＬ１，ＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ｂのバルブＶＬ２を開き、圧縮空気の貯蔵先を蓄圧タンク１３ｂに切り替える。圧力センサＳ３２で検出される蓄圧タンク１３ｂの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に達したら、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂのバルブＶＬ１，ＶＬ２を閉じ、蓄圧タンク１３ｃのバルブＶＬ３を開き、圧縮空気の貯蔵先を蓄圧タンク１３ｃに切り替える。圧力センサＳ３３で検出される蓄圧タンク１３ｃの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に達したら、バルブＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ｃへの圧縮空気の貯蔵を停止する。
【0029】
以上の動作により、グリッド電力の一部が圧縮空気や蓄熱媒体のエネルギに変換されてＣＡＥＳ装置１に貯蔵される（充電される）。
【0030】
（１－２ｂ）放電動作
圧縮空気で発電機を駆動し発電する放電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。放電動作時は、典型的には、空圧供給配管３０のバルブＶ３１－Ｖ３３、及び熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は閉じておく。また、熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は開けておく。
圧縮空気で発電機を駆動し発電する放電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。放電動作時は、典型的には、空圧供給配管３０のバルブＶ３１－Ｖ３３、及び熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は閉じておく。また、熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は開けておく。
【0031】
まず、蓄圧タンク１３に貯蔵された圧縮空気が熱交換器２５に供給される。その際、高圧の蓄圧タンクの圧縮空気が優先される。いずれの蓄圧タンクも貯蔵圧力Ｐ３である場合、所定の順序（例えば蓄圧タンク１３ａ，１３ｂ，１３ｃの順）で圧縮空気が供給される。例えば、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂ，１３ｃがいずれも貯蔵圧力Ｐ３である場合、蓄圧タンク１３ｂ，１３ｃのバルブＶＬ２，ＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ａのバルブＶＬ１を開き、蓄圧タンク１３ａの圧縮空気を熱交換器２５に送り込む。その後、圧力センサＳ３１で検出される蓄圧タンク１３ａの圧力が所定圧力Ｐ２まで低下したら、蓄圧タンク１３ａ，１３ｃのバルブＶＬ１，ＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ｂのバルブＶＬ２を開き、熱交換器２５への圧縮空気の供給源を蓄圧タンク１３ｂに切り替える。圧力センサＳ３２で検出される蓄圧タンク１３ｂの圧力が所定圧力Ｐ２まで低下したら、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂのバルブＶＬ１，ＶＬ２を閉じ、蓄圧タンク１３ｃのバルブＶＬ３を開き、熱交換器２５への圧縮空気の供給源を蓄圧タンク１３ｃに切り替える。圧力センサＳ３３で検出される蓄圧タンク１３ｃの圧力が所定圧力Ｐ２まで低下したら、バルブＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ｃから熱交換器２５への圧縮空気の供給を停止する。
【0032】
蓄圧タンク１３から供給される圧縮空気は熱交換器２５に流入し、蓄熱タンク２１から熱交換器２５に供給される高温の蓄熱媒体と熱交換する。この熱交換により高温の蓄熱媒体は低温となり、低温側の蓄熱タンク２２に貯蔵される。一方、圧縮空気は温度を上昇させ、膨張機１４ａに吸入されて１段目の断熱膨張をし、膨張機１４ａを駆動する。膨張機１４ａで断熱膨張した圧縮空気は、膨張機１４ｂに吸入されて２段目の断熱膨張をし、膨張機１４ｂを駆動する。膨張機１４ｂで断熱膨張した低温低圧の空気は、膨張機１４ｂの吐出口から大気中に放出される。圧縮空気の２段膨張により膨張機１４ａ，１４ｂが駆動されると、膨張機１４ａ，１４ｂによりそれぞれ発電機１５ａ，１５ｂが駆動され、発電機１５ａ，１５ｂの発電出力がパワーコンディショナ１７を介して送配電系統５に供給される。
【0033】
以上の動作により、ＣＡＥＳ装置１に貯蔵された圧縮空気エネルギが再生され、グリッド電力に戻される（放電される）。
【0034】
（１－２ｃ）空圧供給動作
所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給する空圧供給動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。
所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給する空圧供給動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。
【0035】
空圧供給動作の際、例えば、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃのうち所定圧力Ｐ２（原則的には空圧使用圧力Ｐ１以上）まで圧力が低下した蓄圧タンクから順番に空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。または所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクが複数ある場合、圧力の低い蓄圧タンクから優先して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。
【0036】
例えば蓄圧タンク１３ａ，１３ｂの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に近い高圧で、蓄圧タンク１３ｃが所定圧力Ｐ２に近い圧力である場合、まず蓄圧タンク１３ｃに対応する空圧供給配管３０の配管３３のバルブＶ３３を開け、蓄圧タンク１３ｃの配管Ｌ３のバルブＶＬ３を閉じ、蓄圧タンク１３ｃに貯蔵された圧縮空気を空圧機器Ｍ１へ供給する。その際は、空圧供給配管３０の蓄圧タンク１３ａ，１３ｂに対応するバルブＶ３１，Ｖ３２は閉じておく。このように、バルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ３の開閉の切り替えにより、所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を蓄圧タンク１３ａ－１３ｃから適宜空圧機器Ｍ１に供給する。
【0037】
なお、本実施形態のＣＡＥＳ装置１のように複数の蓄圧タンクを備える場合、典型的には任意の１つの蓄圧タンクから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。例えば蓄圧タンク１３ｃから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給し、蓄圧タンク１３ｃの圧力が空圧使用圧力Ｐ１を下回った場合、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂのいずれかの圧力が所定圧力Ｐ２程度であれば、バルブ操作により空圧機器Ｍ１に対する圧縮空気の供給元を蓄圧タンク１３ａ又は蓄圧タンク１３ｂに切り替える。
【0038】
（１－３）運転モード
ＣＡＥＳ装置１の運転モードについて説明する。
ＣＡＥＳ装置１の運転モードについて説明する。
【0039】
（１－３ａ）充電のみを行う運転モード
充電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気を生成して貯蔵する上記充電動作のみを行う。
充電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気を生成して貯蔵する上記充電動作のみを行う。
【0040】
（１－３ｂ）放電のみを行う運転モード
放電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気で発電機を駆動し発電する上記放電動作のみを行う。
放電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気で発電機を駆動し発電する上記放電動作のみを行う。
【0041】
（１－３ｃ）空圧供給のみを行う運転モード
空圧供給のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給動作のみを行う。
空圧供給のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給動作のみを行う。
【0042】
（１－３ｄ）充電と空圧供給を同時に行う運転モード
充電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記充電動作と空圧供給動作を同時に行う。その際、充電動作と空圧供給動作には異なる蓄圧タンクを使用する。
充電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記充電動作と空圧供給動作を同時に行う。その際、充電動作と空圧供給動作には異なる蓄圧タンクを使用する。
【0043】
例えば、蓄圧タンク１３ａが貯蔵圧力Ｐ３付近の高圧、蓄圧タンク１３ｂ，１３ｃが所定圧力Ｐ２程度である場合、圧縮機１２ａ，１２ｂで圧縮される圧縮空気は、例えばタンク内圧力が所定圧力Ｐ２まで低下している蓄圧タンク１３ｂに貯蔵する。また、空圧供給には、タンク内圧力が所定圧力Ｐ２まで低下しており、かつ充電動作で使用する蓄圧タンク１３ｂとは別の蓄圧タンク１３ｃを用いる。蓄圧タンク１３ｃの圧力は空圧供給により徐々に低下していく。蓄圧タンク１３ｃの圧力が空圧使用圧力Ｐ１まで低下すると、蓄圧タンク１３ｃによる空圧供給はそれ以上継続できないため、圧縮空気の供給源を切り替えて蓄圧タンク１３ｂから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。同時に、圧縮機１２ａ，１２ｂで圧縮される圧縮空気の貯蔵先を、蓄圧タンク１３ｂから蓄圧タンク１３ｃに切り替える。
【0044】
（１－３ｅ）放電と空圧供給を同時に行う運転モード
放電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記放電動作と空圧供給動作を同時に行う。その際、放電動作と空圧供給動作には異なる蓄圧タンクを使用する。
放電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記放電動作と空圧供給動作を同時に行う。その際、放電動作と空圧供給動作には異なる蓄圧タンクを使用する。
【0045】
例えば、蓄圧タンク１３ａが貯蔵圧力Ｐ３付近の高圧、蓄圧タンク１３ｂ，１３ｃが所定圧力Ｐ２程度である場合、膨張機１４ａ，１４ｂにはタンク内圧力が高い蓄圧タンク１３ａから圧縮空気を供給する。また、空圧供給には、例えばタンク内圧力が所定圧力Ｐ２まで低下している蓄圧タンク１３ｃを用いる。蓄圧タンク１３ｃの圧力は空圧供給により徐々に低下していく。蓄圧タンク１３ｃの圧力が空圧使用圧力Ｐ１まで低下すると、蓄圧タンク１３ｃによる空圧供給はそれ以上継続できないため、圧縮空気の供給源を切り替えて蓄圧タンク１３ｂから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。
【0046】
（１－４）電力需給調整
ＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
ＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
【0047】
（１－４ａ）発電量が電力需要を上回っている場合
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２や風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転され、余剰電力が圧縮空気として貯蔵される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく、空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。空圧機器Ｍ１の運転要求は、工場Ｍから受信した監視データに基づいて操作者又は制御装置が判断し、手動又は自動で運転モードが切り替えられる。空圧機器Ｍ１で使用される圧縮空気を蓄圧タンク１３から供給することで、工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要が減少し、ＣＡＥＳ装置１において工場Ｍの使用電力の１０－２０％に相当する充電量が増加する。
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２や風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転され、余剰電力が圧縮空気として貯蔵される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく、空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。空圧機器Ｍ１の運転要求は、工場Ｍから受信した監視データに基づいて操作者又は制御装置が判断し、手動又は自動で運転モードが切り替えられる。空圧機器Ｍ１で使用される圧縮空気を蓄圧タンク１３から供給することで、工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要が減少し、ＣＡＥＳ装置１において工場Ｍの使用電力の１０－２０％に相当する充電量が増加する。
【0048】
例えば、工場Ｍの生産設備の休止中等、空圧機器Ｍ１の運転要求がない場合には、充電のみを行う運転モードでＣＡＥＳ装置１を運転する。ＣＡＥＳ装置１で貯蔵する圧縮空気は、放電のみでなく空圧機器Ｍ１で空圧としても使用され得るため、電力需要の小さい期間に圧縮空気が十分に貯蔵されるようにすることが望ましい。例えば、太陽光発電装置２の発電量が大きく、余剰電力が日中に発生する場合等は、夜間にＣＡＥＳ装置１を放電モードで運転することで、昼夜の電力使用量を平準化でき、日中の送配電系統５の電力の使用量低減により電力コストも削減される。
【0049】
（１－４ｂ）発電量が電力需要を下回っている場合
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２及び風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく、空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。空圧機器Ｍ１で使用される圧縮空気を蓄圧タンク１３から供給することで、工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要を減少させることができ、ＣＡＥＳ装置１において工場Ｍの使用電力の１０－２０％に相当する充電量を増加させることができる。
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２及び風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく、空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。空圧機器Ｍ１で使用される圧縮空気を蓄圧タンク１３から供給することで、工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要を減少させることができ、ＣＡＥＳ装置１において工場Ｍの使用電力の１０－２０％に相当する充電量を増加させることができる。
【0050】
空圧機器Ｍ１の運転要求がない場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電のみを行う運転モードで運転される。
【0051】
（１－４ｃ）電力需給が釣り合っている場合
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２及び風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量が同じ又はほぼ同じ場合、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給のみを行う運転モードで運転され、空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要がなくなるため、再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量は、工場Ｍにおいて圧縮空気を作る場合に比べて１０－２０％程度低い値でバランスし、再生可能エネルギ発電装置の発電規模を小さくできる。
送配電系統５に接続する太陽光発電装置２及び風力発電装置３等の再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量が同じ又はほぼ同じ場合、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給のみを行う運転モードで運転され、空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。工場Ｍにおいて圧縮空気を作るための電力需要がなくなるため、再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量は、工場Ｍにおいて圧縮空気を作る場合に比べて１０－２０％程度低い値でバランスし、再生可能エネルギ発電装置の発電規模を小さくできる。
【0052】
（１－５）効果
例えば、炭素中立の実現を目的として工場Ｍといった施設で再生可能エネルギ発電を導入する際、再生可能エネルギの主電源化のために電力平準化技術、及びエネルギ需給調整技術が求められる。例えば、太陽光発電装置２を用いる場合、余剰電力が発生し得る日中にＣＡＥＳ装置１では圧縮機１２を駆動して圧縮空気を貯蔵しておくことで、余剰エネルギを貯蔵する。但し、日中は工場Ｍの生産機器等の稼働率が高く、発電量は多いものの工場Ｍの電力使用量も多い。発電量の少ない時間帯への電力シフト（電力平準化）を効果的に行うべく日中のエネルギ貯蔵量を増加させるためには、再生エネルギ発電装置による発電量の向上を図るのみでなく、需要側である工場Ｍの電力使用量を抑制することが合理的である。
例えば、炭素中立の実現を目的として工場Ｍといった施設で再生可能エネルギ発電を導入する際、再生可能エネルギの主電源化のために電力平準化技術、及びエネルギ需給調整技術が求められる。例えば、太陽光発電装置２を用いる場合、余剰電力が発生し得る日中にＣＡＥＳ装置１では圧縮機１２を駆動して圧縮空気を貯蔵しておくことで、余剰エネルギを貯蔵する。但し、日中は工場Ｍの生産機器等の稼働率が高く、発電量は多いものの工場Ｍの電力使用量も多い。発電量の少ない時間帯への電力シフト（電力平準化）を効果的に行うべく日中のエネルギ貯蔵量を増加させるためには、再生エネルギ発電装置による発電量の向上を図るのみでなく、需要側である工場Ｍの電力使用量を抑制することが合理的である。
【0053】
それに対し、本実施形態においては、上記の通り工場Ｍで使用する空圧機器Ｍ１にＣＡＥＳ装置１から圧縮空気を供給することで、工場Ｍにおいて空圧供給用の圧縮機（不図示）の駆動電力の分だけ工場Ｍの電力需要を減少させることができる。一般に工場で動力源として使用される圧縮空気を供給するための空圧システムの電力使用量は工場の電力使用量の１０－２０％程度と言われている。従って、本実施形態のようにＣＡＥＳ装置１に貯蔵する圧縮空気を工場Ｍの空圧システムに活用することにより、工場Ｍにおいて空圧供給用の電力需要を削減しつつも必要な空圧供給量を確保でき、工場Ｍの電力使用量を大きく低減することができる。
【0054】
このように、ＣＡＥＳ装置１は、充放電しつつも空圧供給により工場Ｍの電力需要を調整し、余剰電力の貯蔵、調整発電、及びデマンドリスポンスによる需給調整を行うことができる。ＣＡＥＳ装置１によれば、例えば日中の工場Ｍの電力需要を抑制する等、工場Ｍの電力需給調整により合理的に電力平準化を図ることができ、再生可能エネルギの主電源化、グリッド電力の使用量の削減への貢献が期待される。
【0055】
【0056】
（２－１）ＣＡＥＳ装置
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、空圧供給配管３０が、低圧段の膨張機１４ａ及び高圧段の膨張機１４ｂを接続する配管Ｌｅ２と空圧機器Ｍ１とを接続する配管３５を含んで構成される点である。本実施形態において、配管３５は配管Ｌｅ２，３４を接続している。また、配管３５にはバルブＶ３５が、配管Ｌｅ２（配管３５の分岐部に対し低圧段の膨張機１４ｂ側の部位）にはバルブＶｅが、それぞれ設けられている。バルブＶ３５，Ｖｅは、バルブＶ３１等と同様の開閉弁である。圧力センサＳｅは、配管Ｌｅ２における配管３５の分岐部に対し高圧段の膨張機１４ａ側の部位に設けられている。その他の第２実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、空圧供給配管３０が、低圧段の膨張機１４ａ及び高圧段の膨張機１４ｂを接続する配管Ｌｅ２と空圧機器Ｍ１とを接続する配管３５を含んで構成される点である。本実施形態において、配管３５は配管Ｌｅ２，３４を接続している。また、配管３５にはバルブＶ３５が、配管Ｌｅ２（配管３５の分岐部に対し低圧段の膨張機１４ｂ側の部位）にはバルブＶｅが、それぞれ設けられている。バルブＶ３５，Ｖｅは、バルブＶ３１等と同様の開閉弁である。圧力センサＳｅは、配管Ｌｅ２における配管３５の分岐部に対し高圧段の膨張機１４ａ側の部位に設けられている。その他の第２実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
【0057】
（２－２）基本動作
第２実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
第２実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
【0058】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、所定圧力Ｐ２まで圧力が低下した蓄圧タンクから順次空圧機器Ｍ１に空圧供給をすることができ、また所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクが複数ある場合、圧力の低い蓄圧タンクから優先して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給することができる。
【0059】
加えて、本実施形態においては、空圧供給配管３０に配管３５が含まれることにより、同一の蓄圧タンクから供給される圧縮空気で、放電動作と空圧供給動作を同時に行うことができる。例えば蓄圧タンク１３ａ－１３ｃがいずれも貯蔵圧力Ｐ３に近い高圧であって所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがない場合、バルブＶ３１－Ｖ３３，Ｖｅ，ＶＬ４を閉じ、バルブＶＬ５，Ｖ３５を開けた状態で、バルブＶＬ１－ＶＬ３のいずれかを開放する。これにより、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃのいずれかから高圧の圧縮空気が１段目の膨張機１４ａに供給され、発電機１５ａにより発電が行われ放電できる。膨張機１４ａを駆動した圧縮空気は断熱膨張により所定圧力Ｐ２程度に降圧し、膨張機１４ａから吐出されてバルブＶ３５を経由して配管３５を通り空圧機器Ｍ１に供給される。本実施形態では、膨張機１４ａ，１４ｂのうち膨張機１４ａのみで１段膨張による放電動作が行われ、併せて１段膨張により降圧した圧縮空気が空圧機器Ｍ１に供給される。
【0060】
（２－３）運転モード
本実施形態においては、充電、放電、空圧供給のいずれかのみを行う運転モード、及び充電と空圧供給を同時に行う運転モードについては、第１実施形態と同様である。従って、ここでは放電と空圧供給を同時に行う運転モードについて説明する。
本実施形態においては、充電、放電、空圧供給のいずれかのみを行う運転モード、及び充電と空圧供給を同時に行う運転モードについては、第１実施形態と同様である。従って、ここでは放電と空圧供給を同時に行う運転モードについて説明する。
【0061】
蓄圧タンク１３ａ－１３ｃいずれかが貯蔵圧力Ｐ３付近の高圧で、その他の蓄圧タンクのいずれかが所定圧力Ｐ２程度に降圧している場合、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、貯蔵圧力Ｐ３付近の圧縮空気で膨張機１４ａ，１４ｂを駆動しつつ、所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を蓄圧タンク１３から空圧機器Ｍ１に供給することができる。
【0062】
加えて、本実施形態の場合、前述した通り、バルブＶｅを閉めてバルブＶ３５を開け、同一の蓄圧タンクからの圧縮空気を用いて１段目の膨張機１４ａで膨張し降圧した圧縮空気を配管３５を介して空圧機器Ｍ１に供給することができる。その際、圧力センサＳｅで検出される１段膨張後の圧力が所定圧力Ｐ２程度まで降圧しない場合には、バルブＶｅは全閉にせずに開度を調整して開くことで、膨張機１４ｂを駆動して発電機１５ｂの回転数を調整しながら発電しつつ、空圧供給用の圧縮空気の圧力調整をすることもできる。
【0063】
（２－４）電力需給調整
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
【0064】
（２－４ａ）発電量が電力需要を上回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転され、空圧機器Ｍ１で使用される空圧は蓄圧タンク１３から膨張機１４ａを通さずに供給する。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転され、空圧機器Ｍ１で使用される空圧は蓄圧タンク１３から膨張機１４ａを通さずに供給する。
【0065】
（２－４ｂ）発電量が電力需要を下回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
【0066】
ここで、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがある場合、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクから膨張機１４ａを通さずに空圧機器Ｍ１に空圧供給を行い、別の貯蔵圧力Ｐ３に近い蓄圧タンクから膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給し発電機１５ａ，１５ｂを駆動する。
【0067】
本実施形態においては、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがない場合、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃのうちの１つから貯蔵圧力Ｐ３に近い高圧の圧縮空気を膨張機１４ａに供給し、１段目の膨張機１４ａを駆動して発電しつつ、膨張機１４ａで降圧した圧縮空気を配管３５により空圧機器Ｍ１に供給する。例えば蓄圧タンク１３ａから圧縮空気を供給する場合、圧力センサＳ３１で蓄圧タンク１３ａの圧力を監視しながら、蓄圧タンク１３ａの圧力が所定圧力Ｐ２まで降圧したところで、バルブＶＬ１を閉じてバルブＶ３１を開け、所定圧力Ｐ２まで降圧した圧縮空気を配管３１を介して蓄圧タンク１３ａから空圧機器Ｍ１に膨張機１４ａを通さずに供給するモードに切り替える。同時に、別の蓄圧タンク１３ｂ又は１３ｃから膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給し、発電機１５ａ，１５ｂを駆動する。
【0068】
（２－５）効果
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、膨張機１４ａを駆動して膨張及び発電を行いながら、配管３５により空圧供給する運転モードを行うことができる。この運転モードでは、発電量は低下するが、高圧の蓄圧タンク１３から空圧機器Ｍ１の空圧使用圧力Ｐ１まで減圧する際に、貯蔵した圧縮空気のエネルギを損失することなく膨張機１４ａで回収することができる。そのため、空圧供給によるエネルギ損失を抑え、第１実施形態と比較してもシステム効率（電力回収効率）を向上させることができる。より多くの発電量が必要な場合は、高圧の蓄圧タンクで膨張機１４ａ，１４ｂを駆動し、所定圧力Ｐ２程度に降圧した別の蓄圧タンクから空圧供給する運転モードに切り替えるが、その際は、必票発電量、空圧需要、充電運転予測（再生可能エネルギ発電装置の発電量の予測）等を組み込んだ運転制御により運転モードを切り替えることで、空圧供給を含めてＣＡＥＳ装置１のシステム効率（空圧／電力回収効率）を向上させ得る。
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、膨張機１４ａを駆動して膨張及び発電を行いながら、配管３５により空圧供給する運転モードを行うことができる。この運転モードでは、発電量は低下するが、高圧の蓄圧タンク１３から空圧機器Ｍ１の空圧使用圧力Ｐ１まで減圧する際に、貯蔵した圧縮空気のエネルギを損失することなく膨張機１４ａで回収することができる。そのため、空圧供給によるエネルギ損失を抑え、第１実施形態と比較してもシステム効率（電力回収効率）を向上させることができる。より多くの発電量が必要な場合は、高圧の蓄圧タンクで膨張機１４ａ，１４ｂを駆動し、所定圧力Ｐ２程度に降圧した別の蓄圧タンクから空圧供給する運転モードに切り替えるが、その際は、必票発電量、空圧需要、充電運転予測（再生可能エネルギ発電装置の発電量の予測）等を組み込んだ運転制御により運転モードを切り替えることで、空圧供給を含めてＣＡＥＳ装置１のシステム効率（空圧／電力回収効率）を向上させ得る。
【0069】
以上のように、本実施形態によれば、蓄圧タンク１３に貯蔵した圧縮空気を必要以上に減圧することなく発電と空圧供給のどちらにも使用でき、空圧供給を含めたシステム効率が高く、電力需給調整が可能なＣＡＥＳ装置を提供することができる。
【0070】
【0071】
（３－１）ＣＡＥＳ装置
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、空圧供給配管３０が低圧段の圧縮機１２ａ及び高圧段の圧縮機１２ｂを接続する配管Ｌｃ１と空圧機器Ｍ１とを接続する配管３６を含んで構成される点である。本実施形態において、配管３６は配管Ｌｃ１，３４を接続している。また、配管３６にはバルブＶ３６が、配管Ｌｃ１（配管３６の分岐部に対し高圧段の圧縮機１２ｂ側の部位）にはバルブＶｃが、それぞれ設けられている。バルブＶ３６，Ｖｃは、バルブＶ３１等と同様の開閉弁である。圧力センサＳｃは、配管Ｌｃ１における配管３６の分岐部に対し低圧段の圧縮機１２ａ側の部位に設けられている。その他の第３実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、空圧供給配管３０が低圧段の圧縮機１２ａ及び高圧段の圧縮機１２ｂを接続する配管Ｌｃ１と空圧機器Ｍ１とを接続する配管３６を含んで構成される点である。本実施形態において、配管３６は配管Ｌｃ１，３４を接続している。また、配管３６にはバルブＶ３６が、配管Ｌｃ１（配管３６の分岐部に対し高圧段の圧縮機１２ｂ側の部位）にはバルブＶｃが、それぞれ設けられている。バルブＶ３６，Ｖｃは、バルブＶ３１等と同様の開閉弁である。圧力センサＳｃは、配管Ｌｃ１における配管３６の分岐部に対し低圧段の圧縮機１２ａ側の部位に設けられている。その他の第３実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
【0072】
（３－２）基本動作
第３実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
第３実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
【0073】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、所定圧力Ｐ２まで圧力が低下した蓄圧タンクから順次空圧機器Ｍ１に空圧供給をすることができ、また所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクが複数ある場合、圧力の低い蓄圧タンクから優先して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給することができる。
【0074】
加えて、本実施形態においては、空圧供給配管３０に配管３６が含まれることにより、例えばバルブＶｃを閉じてバルブＶ３６を開け、圧縮機１２ａ，１２ｂのうちの圧縮機１２ａのみを運転することにより、圧縮機１２ａで圧縮される圧縮空気を配管３６に流し、蓄圧タンク１３をバイパスして空圧機器Ｍ１に供給することができる。
【0075】
（３－３）運転モード
第１実施形態で実行可能な運転モードについては、本実施形態においても、バルブＶ３６を閉じバルブＶｃを開けた状態で、第１実施形態と同様に行うことができる。その他、本実施形態においては、配管３６を介して空圧供給のみを行う運転モード、充電動作を行いながら配管３６を介して空圧供給を行う運転モード等を実施することができる。
第１実施形態で実行可能な運転モードについては、本実施形態においても、バルブＶ３６を閉じバルブＶｃを開けた状態で、第１実施形態と同様に行うことができる。その他、本実施形態においては、配管３６を介して空圧供給のみを行う運転モード、充電動作を行いながら配管３６を介して空圧供給を行う運転モード等を実施することができる。
【0076】
配管３６を介して空圧供給のみを行う運転モードでは、前述したようにバルブＶｃを閉じバルブＶ３６を開け、圧縮機１２ａ，１２ｂのうち１段目の圧縮機１２ａのみを駆動する。これにより、圧縮機１２ａで所定圧力Ｐ２程度に圧縮される圧縮空気を、圧力センサＳｃで圧力を適宜監視しつつ、蓄圧タンク１３に貯蔵することなく配管３６を介して空圧機器Ｍ１に供給することができる。
【0077】
また、充電動作を行いながら配管３６を介して空圧供給を行う運転モードでは、バルブＶｃ，Ｖ３６の双方を開け、圧縮機１２ａ，１２ｂを駆動する。これにより、圧縮機１２ａで所定圧力Ｐ２程度に圧縮された圧縮空気の一部を配管３６に流して空圧機器Ｍ１に供給すると同時に、圧縮機１２ａから吐出される残りの圧縮空気を圧縮機１２ｂで更に圧縮して蓄圧タンク１３に貯蔵することができる。
【0078】
（３－４）電力需給調整
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
【0079】
（３－４ａ）発電量が電力需要を上回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。充電と空圧供給を同時に行う運転モードにおいて、余剰電力の発生量が大きい場合は、圧縮機１２ａ，１２ｂは主に充電のために駆動する必要があるため、空圧機器Ｍ１への空圧供給は蓄圧タンク１３により行う。余剰電力の発生量が小さい場合には、圧縮機１２ａ，１２ｂの双方を駆動する必要がないため、圧縮機１２ｂを停止させると共に蓄圧タンク１３から空圧機器Ｍ１への空圧供給を停止し、バルブＶ３６を開け、圧縮機１２ａから吐出される所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給する。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。充電と空圧供給を同時に行う運転モードにおいて、余剰電力の発生量が大きい場合は、圧縮機１２ａ，１２ｂは主に充電のために駆動する必要があるため、空圧機器Ｍ１への空圧供給は蓄圧タンク１３により行う。余剰電力の発生量が小さい場合には、圧縮機１２ａ，１２ｂの双方を駆動する必要がないため、圧縮機１２ｂを停止させると共に蓄圧タンク１３から空圧機器Ｍ１への空圧供給を停止し、バルブＶ３６を開け、圧縮機１２ａから吐出される所定圧力Ｐ２程度の圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給する。
【0080】
（３－４ｂ）発電量が電力需要を下回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
【0081】
ここで、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがある場合、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクから膨張機１４ａを通さずに空圧機器Ｍ１に空圧供給を行い、別の貯蔵圧力Ｐ３に近い蓄圧タンクから膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給し発電機１５ａ，１５ｂを駆動する。
【0082】
本実施形態においては、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがない場合、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃのうちの１つ（例えば蓄圧タンク１３ａ）から貯蔵圧力Ｐ３に近い高圧の圧縮空気を膨張機１４ａ，１４ｂに供給し、発電機１５ａ，１５ｂを駆動して発電する。同時に、圧縮機１２ａを起動してバルブＶ３６を開け、圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を配管３６に流して空圧機器Ｍ１に供給する。膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給している蓄圧タンク１３ａの圧力を対応する圧力センサＳ３１で監視しながら、蓄圧タンク１３ａが所定圧力Ｐ２まで降圧した時点でバルブＶ３１を開け、蓄圧タンク１３ａから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する運転モードに切り替え、配管３６のバルブＶ３６を閉じて圧縮機１２ａを停止する。
【0083】
（３－５）効果
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、圧縮機１２ａからの圧縮空気を配管３６から空圧機器Ｍ１に供給する運転モードを行うことができる。圧縮機１２ａからの圧縮空気を配管３６から空圧機器Ｍ１に供給する運転モードでは充電量は低下するが、圧縮機１２ａで大気を所定圧力Ｐ２程度まで圧縮すれば足りるため、空圧供給のためのエネルギ使用量を抑えることができ、高効率運転が可能となる。空圧供給によるエネルギ損失を抑えることができるので、ＣＡＥＳ装置１のシステム効率（電力回収効率）が向上する。より多くの充電量が必要な場合は、蓄圧タンクから空圧供給するモードに切り替えるが、その際は必票充電量、空圧需要、充電運転予測等を組み込んだ運転制御により運転モードを切り替えることで、空圧供給を含めたシステム効率（空圧／電力回収効率）を向上させ得る。
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、圧縮機１２ａからの圧縮空気を配管３６から空圧機器Ｍ１に供給する運転モードを行うことができる。圧縮機１２ａからの圧縮空気を配管３６から空圧機器Ｍ１に供給する運転モードでは充電量は低下するが、圧縮機１２ａで大気を所定圧力Ｐ２程度まで圧縮すれば足りるため、空圧供給のためのエネルギ使用量を抑えることができ、高効率運転が可能となる。空圧供給によるエネルギ損失を抑えることができるので、ＣＡＥＳ装置１のシステム効率（電力回収効率）が向上する。より多くの充電量が必要な場合は、蓄圧タンクから空圧供給するモードに切り替えるが、その際は必票充電量、空圧需要、充電運転予測等を組み込んだ運転制御により運転モードを切り替えることで、空圧供給を含めたシステム効率（空圧／電力回収効率）を向上させ得る。
【0084】
【0085】
（４－１）ＣＡＥＳ装置
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給するための空圧供給ユニット４０を備えている点である。本実施形態において、空圧供給ユニット４０は、圧縮機１２とは異なる空圧供給専用の空圧供給圧縮機４１と、空圧供給圧縮機４１と空圧供給配管３０とを接続する配管４２，４３とを含んでいる。配管４２は、空圧供給圧縮機４１と空圧タンク４４とを接続し、配管４３は空圧タンク４４と空圧供給配管３０の配管３４とを接続している。配管４３にはバルブ４５が設けられている。空圧供給圧縮機４１は、圧縮機１２ａ，１２ｂと同じくグリッド電力で駆動されるモータ（電動機）４６により駆動される。空圧供給ユニット４０では、空圧供給圧縮機４１で大気を吸入し、空圧機器Ｍ１の空圧使用圧力Ｐ１又は所定圧力Ｐ２まで大気を圧縮し、配管４２を介して圧縮空気を空圧タンク４４に送り、バルブ４５の開閉により配管４３を介して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。その他の第４実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給するための空圧供給ユニット４０を備えている点である。本実施形態において、空圧供給ユニット４０は、圧縮機１２とは異なる空圧供給専用の空圧供給圧縮機４１と、空圧供給圧縮機４１と空圧供給配管３０とを接続する配管４２，４３とを含んでいる。配管４２は、空圧供給圧縮機４１と空圧タンク４４とを接続し、配管４３は空圧タンク４４と空圧供給配管３０の配管３４とを接続している。配管４３にはバルブ４５が設けられている。空圧供給圧縮機４１は、圧縮機１２ａ，１２ｂと同じくグリッド電力で駆動されるモータ（電動機）４６により駆動される。空圧供給ユニット４０では、空圧供給圧縮機４１で大気を吸入し、空圧機器Ｍ１の空圧使用圧力Ｐ１又は所定圧力Ｐ２まで大気を圧縮し、配管４２を介して圧縮空気を空圧タンク４４に送り、バルブ４５の開閉により配管４３を介して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。その他の第４実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
【0086】
（４－２）基本動作
第４実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
第４実施形態のＣＡＥＳ装置１の動作について説明する。本実施形態においても充電動作と放電動作は第１実施形態と同様であるため、ここでは空圧供給動作について説明する。
【0087】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、所定圧力Ｐ２まで圧力が低下した蓄圧タンクから順次空圧機器Ｍ１に空圧供給をすることができ、また所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクが複数ある場合、圧力の低い蓄圧タンクから優先して空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給することができる。
【0088】
加えて、本実施形態においては、蓄圧タンク１３からの空圧供給の他に、空圧供給ユニット４０からの空圧供給が可能である。空圧供給ユニット４０から圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給する場合、バルブＶ３１－Ｖ３３を閉じて蓄圧タンク１３からの空圧供給を遮断し、空圧供給ユニット４０のバルブ４５を開けて空圧供給圧縮機４１を運転する。
【0089】
（４－３）運転モード
第１実施形態で実行可能な運転モードについては、本実施形態においても、バルブ４５を閉じ空圧供給圧縮機４１を停止した状態で、第１実施形態と同様に行うことができる。その他、本実施形態においては、空圧供給圧縮機４１による空圧供給のみを行う運転モード、充電動作を行いながら空圧供給圧縮機４１による空圧供給を行う運転モード等を実施することができる。
第１実施形態で実行可能な運転モードについては、本実施形態においても、バルブ４５を閉じ空圧供給圧縮機４１を停止した状態で、第１実施形態と同様に行うことができる。その他、本実施形態においては、空圧供給圧縮機４１による空圧供給のみを行う運転モード、充電動作を行いながら空圧供給圧縮機４１による空圧供給を行う運転モード等を実施することができる。
【0090】
まず、空圧供給圧縮機４１による空圧供給のみを行う運転モードでは、圧縮機１２ａ，１２ｂ及び膨張機１４ａ，１４ｂを停止させてバルブＶ３１－Ｖ３３を閉じた状態で、上記のように空圧供給ユニット４０のバルブ４５を開けて空圧供給圧縮機４１を運転する。
【0091】
次に、充電動作を行いながら空圧供給圧縮機４１による空圧供給を行う運転モードでは、バルブＶ３１－Ｖ３３を閉じた状態で、圧縮機１２ａ，１２ｂや空圧供給圧縮機４１を駆動することで、圧縮機１２ａ，１２ｂによる圧縮空気を貯蔵する充電動作と、空圧供給ユニット４０による空圧供給動作を同時に行うことができる。
【0092】
（４－４）電力需給調整
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モード切替と電力需給調整について説明する。
【0093】
（４－４ａ）発電量が電力需要を上回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。充電と空圧供給を同時に行う運転モードにおいて、余剰電力の発生量が大きい場合は、圧縮機１２ａ，１２ｂは主に充電のために駆動する必要があるため、空圧機器Ｍ１への空圧供給は空圧供給ユニット４０により行う。余剰電力の発生量が小さい場合には、圧縮機１２ａ，１２ｂの双方を駆動する必要がないため、空圧供給ユニット４０による空圧供給を停止し、蓄圧タンク１３による空圧供給に切り替える。蓄圧タンク１３による空圧供給方法は、既に述べた通りである。蓄圧タンク１３による空圧供給で足りる場合には空圧供給ユニット４０を停止することで、空圧供給ユニット４０の使用電力需要を抑えることができる。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り、余剰電力が発生している場合、ＣＡＥＳ装置１は充電を行う運転モードで運転される。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。充電と空圧供給を同時に行う運転モードにおいて、余剰電力の発生量が大きい場合は、圧縮機１２ａ，１２ｂは主に充電のために駆動する必要があるため、空圧機器Ｍ１への空圧供給は空圧供給ユニット４０により行う。余剰電力の発生量が小さい場合には、圧縮機１２ａ，１２ｂの双方を駆動する必要がないため、空圧供給ユニット４０による空圧供給を停止し、蓄圧タンク１３による空圧供給に切り替える。蓄圧タンク１３による空圧供給方法は、既に述べた通りである。蓄圧タンク１３による空圧供給で足りる場合には空圧供給ユニット４０を停止することで、空圧供給ユニット４０の使用電力需要を抑えることができる。
【0094】
（４－４ｂ）発電量が電力需要を下回っている場合
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
送配電系統５に接続する再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少ない場合、ＣＡＥＳ装置１は放電を行う運転モードで運転され、圧縮空気から電力を作り出して送配電系統５に供給する。この際、空圧機器Ｍ１の運転要求が大きく空圧使用量が多い場合には、ＣＡＥＳ装置１は放電と空圧供給を同時に行う運転モードで運転される。
【0095】
ここで、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがある場合、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、所定圧力Ｐ２程度の蓄圧タンクから膨張機１４ａを通さずに空圧機器Ｍ１に空圧供給を行い、別の貯蔵圧力Ｐ３に近い蓄圧タンクから膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給し発電機１５ａ，１５ｂを駆動する。
【0096】
本実施形態においては、所定圧力Ｐ２程度まで降圧した蓄圧タンクがない場合、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃのうちの１つ（例えば蓄圧タンク１３ａ）から貯蔵圧力Ｐ３に近い高圧の圧縮空気を膨張機１４ａ，１４ｂに供給し、発電機１５ａ，１５ｂを駆動して発電する。同時に、空圧供給ユニット４０を用い、空圧供給圧縮機４１を起動してバルブ４５を開け、空圧供給圧縮機４１で圧縮した圧縮空気を配管４３に流して空圧機器Ｍ１に供給する。膨張機１４ａ，１４ｂに圧縮空気を供給している蓄圧タンク１３ａの圧力を対応する圧力センサＳ３１で監視しながら、蓄圧タンク１３ａが所定圧力Ｐ２まで降圧した時点でバルブＶ３１を開け、蓄圧タンク１３ａから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する運転モードに切り替え、空圧供給ユニット４０を停止する。
【0097】
（４－５）効果
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、空圧供給ユニット４０により空圧供給する運転モードを行うことができる。空圧供給ユニット４０により空圧供給する運転モードではＣＡＥＳ１の電力需要が増加するが、空圧供給ユニット４０は空圧機器Ｍ１への空圧供給専用機器であるため空圧供給に仕様を最適化でき、システム効率（電力回収効率）の低下を抑制することができる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、空圧供給ユニット４０により空圧供給する運転モードを行うことができる。空圧供給ユニット４０により空圧供給する運転モードではＣＡＥＳ１の電力需要が増加するが、空圧供給ユニット４０は空圧機器Ｍ１への空圧供給専用機器であるため空圧供給に仕様を最適化でき、システム効率（電力回収効率）の低下を抑制することができる。
【0098】
【0099】
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、蓄圧タンク１３に接続し、蓄圧タンク１３のタンク圧を上昇させる給水ポンプ５０を備えた点である。図５では、給水ポンプ５０により蓄圧タンク１３ｃに注水する構成を例示しているが、蓄圧タンク１３ａ－３１ｃの少なくとも１つに給水ポンプ５０から注水できる構成とすることができる。本実施形態においては、例えば空圧供給に用いたい蓄圧タンク１３の圧力が所定圧力Ｐ２又は空圧仕様圧力Ｐ１に満たず、空圧機器Ｍ１に空圧供給できない場合に、給水ポンプ５０により蓄圧タンク１３に注水して蓄圧タンク１３の内圧を上げ、所定圧力Ｐ２に満たない圧縮空気を昇圧して空圧機器Ｍ１に供給することができる。また、例えば空圧供給に伴って下がる蓄圧タンク１３の圧力を圧力センサＳ３１－Ｓ３３で監視しながら、蓄圧タンク１３の圧力が所定圧力Ｐ２又は空圧仕様圧力Ｐ１（又はこれら値にマージンを設けて設定した設定値）まで降下したら、給水ポンプ５０を駆動して蓄圧タンク１３の圧力を空圧供給可能な圧力に維持し、空圧供給を継続する構成とすることもできる。この場合、所定圧力Ｐ２又は空圧仕様圧力Ｐ１（又はこれら値にマージンを設けて設定した設定値）を閾値として、給水ポンプ５０の駆動及び停止をフィードバック制御する構成とすることもできる。
【0100】
こうした給水ポンプ５０を用いる蓄圧タンク１３による空圧供給は、充電動作や放電動作と同時に行うこともできる。例えば、蓄圧タンク１３ａ，１３ｂが貯蔵圧力Ｐ３程度に高圧である一方で蓄圧タンク１３ｃが所定圧力Ｐ２に満たない場合、蓄圧タンク１３ａを用いて放電しつつ、給水ポンプ５０で昇圧しながら蓄圧タンク１３ｃから空圧供給することができる。また、例えば、蓄圧タンク１３ｂ，１３ｃが共に所定圧力Ｐ２に満たない場合、蓄圧タンク１３ｂに圧縮空気を貯蔵しつつ、給水ポンプ５０で昇圧しながら蓄圧タンク１３ｃから空圧供給するといったこともできる。
【0101】
また、蓄圧タンク１３の圧力が放電動作に使用可能な圧力に満たない場合に、蓄圧タンク１３の圧力を放電動作に使用可能な圧力まで昇圧させるために給水ポンプ５０を用いることも可能である。
【0102】
給水ポンプ５０から蓄圧タンク１３に注入した水は、蓄圧タンク１３に圧縮空気を貯蔵する際には排水管（不図示）から適宜排水する。
【0103】
その他の第５実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。給水ポンプ５０を用いた上記の空圧供給動作や放電動作、またこれらに対応する運転モードに加え、第１実施形態で実施可能な基本動作や運転モード、電力需給調整等は本実施形態においても実施可能である。
【0104】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、上記の通り蓄圧タンク１３の圧力が空圧供給可能な圧力に満たない場合でも、給水ポンプ５０により蓄圧タンク１３を昇圧して空圧供給を実施することができる。給水ポンプ５０を駆動する運転モードではＣＡＥＳ１の電力需要が増加するが、給水ポンプ５０は空圧機器Ｍ１への空圧供給専用機器であるため空圧供給に仕様を最適化でき、システム効率（電力回収効率）の低下を抑制することができる。
【0105】
【0106】
（６－１）ＣＡＥＳ装置
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、蓄圧タンク１３が、低圧蓄圧タンク１３Ｌと高圧蓄圧タンク１３Ｈとを含んでいる点等である。低圧蓄圧タンク１３Ｌは、配管ＬＬ，Ｌ３０を介して低圧圧縮機である圧縮機１２ａの出口に接続されている。配管ＬＬは低圧蓄圧タンク１３Ｌと空圧供給配管３０とを接続しており、配管Ｌ３０は空圧供給配管３０と圧縮機１２ａの出口とを接続している。高圧蓄圧タンク１３Ｈは、配管ＬＨを介して配管Ｌ６に接続されている。配管ＬＨには、バルブＶＨが設けられている。高圧蓄圧タンク１３Ｈが１つのみである場合、バルブＶＨは必ずしも必要ない。低圧蓄圧タンク１３Ｌには圧縮機１２ａで圧縮された空圧使用圧力Ｐ１以上で所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が貯蔵され、高圧蓄圧タンク１３Ｈには高圧圧縮機である圧縮機１２ｂで圧縮された所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気が貯蔵される。図６では低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈを各１つのみ図示しているが、それぞれ複数設けられ得る。高圧蓄圧タンク１３Ｈは、第１実施形態の蓄圧タンク１３（蓄圧タンク１３ａ－１３ｃ）に相当する。そして、膨張機１４には高圧蓄圧タンク１３Ｈの所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気が供給され、空圧機器Ｍ１には空圧供給配管３０を介して低圧蓄圧タンク１３Ｌの所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が供給される。空圧供給配管３０には、バルブＶ３０が設けられている。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第１実施形態と相違する点は、蓄圧タンク１３が、低圧蓄圧タンク１３Ｌと高圧蓄圧タンク１３Ｈとを含んでいる点等である。低圧蓄圧タンク１３Ｌは、配管ＬＬ，Ｌ３０を介して低圧圧縮機である圧縮機１２ａの出口に接続されている。配管ＬＬは低圧蓄圧タンク１３Ｌと空圧供給配管３０とを接続しており、配管Ｌ３０は空圧供給配管３０と圧縮機１２ａの出口とを接続している。高圧蓄圧タンク１３Ｈは、配管ＬＨを介して配管Ｌ６に接続されている。配管ＬＨには、バルブＶＨが設けられている。高圧蓄圧タンク１３Ｈが１つのみである場合、バルブＶＨは必ずしも必要ない。低圧蓄圧タンク１３Ｌには圧縮機１２ａで圧縮された空圧使用圧力Ｐ１以上で所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が貯蔵され、高圧蓄圧タンク１３Ｈには高圧圧縮機である圧縮機１２ｂで圧縮された所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気が貯蔵される。図６では低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈを各１つのみ図示しているが、それぞれ複数設けられ得る。高圧蓄圧タンク１３Ｈは、第１実施形態の蓄圧タンク１３（蓄圧タンク１３ａ－１３ｃ）に相当する。そして、膨張機１４には高圧蓄圧タンク１３Ｈの所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気が供給され、空圧機器Ｍ１には空圧供給配管３０を介して低圧蓄圧タンク１３Ｌの所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が供給される。空圧供給配管３０には、バルブＶ３０が設けられている。
【0107】
本実施形態において、配管ＬＬ，ＬＨは接続されておらず、低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈは、互いに独立している。互いに独立しているとは、低圧蓄圧タンク１３Ｌと高圧蓄圧タンク１３Ｈとの間で、互いが貯蔵する圧縮空気の行き来がないことを意味する。本実施形態において、圧縮機１２をバイパスして低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈ（配管ＬＬ，ＬＨ）を接続する配管はなく、低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈは圧縮機１２を介して繋がってはいるが、低圧蓄圧タンク１３Ｌ及び高圧蓄圧タンク１３Ｈの間で圧縮空気が行き来することはない。つまり、低圧蓄圧タンク１３Ｌは空圧供給動作専用であり、高圧蓄圧タンク１３Ｈは充放電動作専用である。低圧蓄圧タンク１３Ｌの貯蔵圧力（タンク内圧力の仕様上の上限値）は、高圧蓄圧タンク１３Ｈの貯蔵圧力Ｐ３と同程度であっても良いが、所定圧力Ｐ２程度あれば足りる。その他の第６実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第１実施形態と同様である。
【0108】
例えば、低圧圧縮機である圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵し、低圧蓄圧タンク１３Ｌから空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する空圧供給設備Ｅ１が、工場Ｍに既存する場合がある。この場合には、既存の空圧供給設備Ｅ１を活用し、高圧圧縮機である圧縮機１２ｂから後段の高圧設備Ｅ２（圧縮機１２ｂ、蓄熱ユニット２０、高圧蓄圧タンク１３Ｈ、膨張機１４、発電機１５等）を空圧供給設備Ｅ１に追加設置することで、本実施形態のＣＡＥＳ装置１を構築することができる。
【0109】
（６－２）基本動作
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の基本動作、具体的には充電動作、放電動作、空圧供給動作について順次説明する。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の基本動作、具体的には充電動作、放電動作、空圧供給動作について順次説明する。
【0110】
（６－２ａ）充電動作
圧縮空気を生成して貯蔵する充電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。充電動作時は、典型的には、熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は閉じておく。また、配管Ｌ４，ＬＨのバルブＶＬ４，ＶＨは開けておく。高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力は貯蔵圧力Ｐ３未満であるとする。この状態で送配電系統５からの入力電力によりモータ１１ａ，１１ｂを駆動し、圧縮機１２ａ，１２ｂを駆動することで、第１実施形態と同様に高圧蓄圧タンク１３Ｈに圧縮空気が送り込まれる。その後、圧力センサ（図示省略）で検出される高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に達したら、高圧蓄圧タンク１３ＨのバルブＶＨを閉じ、モータ１１ｂを停止させて高圧蓄圧タンク１３Ｈへの圧縮空気の貯蔵を停止する。モータ１１ａについては、空圧供給用に継続して駆動することができる。
圧縮空気を生成して貯蔵する充電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。充電動作時は、典型的には、熱交換器２５の配管Ｌ５のバルブＶＬ５は閉じておく。また、配管Ｌ４，ＬＨのバルブＶＬ４，ＶＨは開けておく。高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力は貯蔵圧力Ｐ３未満であるとする。この状態で送配電系統５からの入力電力によりモータ１１ａ，１１ｂを駆動し、圧縮機１２ａ，１２ｂを駆動することで、第１実施形態と同様に高圧蓄圧タンク１３Ｈに圧縮空気が送り込まれる。その後、圧力センサ（図示省略）で検出される高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力が貯蔵圧力Ｐ３に達したら、高圧蓄圧タンク１３ＨのバルブＶＨを閉じ、モータ１１ｂを停止させて高圧蓄圧タンク１３Ｈへの圧縮空気の貯蔵を停止する。モータ１１ａについては、空圧供給用に継続して駆動することができる。
【0111】
以上の動作により、第１実施形態と同様に、グリッド電力の一部が圧縮空気や蓄熱媒体のエネルギに変換されてＣＡＥＳ装置１に貯蔵される（充電される）。
【0112】
なお、本実施形態において、低圧圧縮機である圧縮機１２ａで圧縮される圧縮空気の一部は、低圧蓄圧タンク１３Ｌに送り込まれ、低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵される。
【0113】
（６－２ｂ）放電動作
圧縮空気で発電機を駆動し発電する放電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。放電動作時は、典型的には、熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は閉じておく。高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力は、所定圧力Ｐ２を超えているものとする。この状態で配管ＬＨ，Ｌ５のバルブＶＨ，ＶＬ５を開けることで、高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧縮空気が膨張機１４ａ，１４ｂに吸入されて断熱膨張し、膨張機１４ａ，１４ｂを駆動して大気中に放出される。圧縮空気の２段膨張により膨張機１４ａ，１４ｂが駆動されると、膨張機１４ａ，１４ｂによりそれぞれ発電機１５ａ，１５ｂが駆動され、発電機１５ａ，１５ｂの発電出力がパワーコンディショナ１７を介して送配電系統５に供給される。
圧縮空気で発電機を駆動し発電する放電動作の際、ＣＡＥＳ装置１は以下のように動作する。放電動作時は、典型的には、熱交換器２４の配管Ｌ４のバルブＶＬ４は閉じておく。高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧力は、所定圧力Ｐ２を超えているものとする。この状態で配管ＬＨ，Ｌ５のバルブＶＨ，ＶＬ５を開けることで、高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧縮空気が膨張機１４ａ，１４ｂに吸入されて断熱膨張し、膨張機１４ａ，１４ｂを駆動して大気中に放出される。圧縮空気の２段膨張により膨張機１４ａ，１４ｂが駆動されると、膨張機１４ａ，１４ｂによりそれぞれ発電機１５ａ，１５ｂが駆動され、発電機１５ａ，１５ｂの発電出力がパワーコンディショナ１７を介して送配電系統５に供給される。
【0114】
以上の動作により、第１実施形態と同様に、ＣＡＥＳ装置１に貯蔵された圧縮空気エネルギが再生され、グリッド電力に戻される（放電される）。
【0115】
（６－２ｃ）空圧供給動作
本実施形態のＣＡＥＳ装置１において、圧縮機１２ｂから後段の高圧設備Ｅ２は、空圧供給動作には用いられない。バルブＶ３０を開くことにより、圧縮機１２ａで圧縮されて低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵された所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が、空圧供給配管３０を介して空圧機器Ｍ１に供給される。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１において、圧縮機１２ｂから後段の高圧設備Ｅ２は、空圧供給動作には用いられない。バルブＶ３０を開くことにより、圧縮機１２ａで圧縮されて低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵された所定圧力Ｐ２以下の圧縮空気が、空圧供給配管３０を介して空圧機器Ｍ１に供給される。
【0116】
（６－３）運転モード
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モードについて説明する。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１の運転モードについて説明する。
【0117】
（６－３ａ）充電のみを行う運転モード
充電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気を生成して貯蔵する上記充電動作のみを行う。
充電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気を生成して貯蔵する上記充電動作のみを行う。
【0118】
（６－３ｂ）放電のみを行う運転モード
放電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気で発電機を駆動し発電する上記放電動作のみを行う。
放電のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は圧縮空気で発電機を駆動し発電する上記放電動作のみを行う。
【0119】
（６－３ｃ）空圧供給のみを行う運転モード
空圧供給のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給動作のみを行う。
空圧供給のみを行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給動作のみを行う。
【0120】
（６－３ｄ）充電と空圧供給を同時に行う運転モード
充電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記充電動作と空圧供給動作を同時に行う。本実施形態において、互いに独立した高圧蓄圧タンク１３Ｈ及び低圧蓄圧タンク１３Ｌを用い、充電動作及び空圧供給動作が並行して行われる。
充電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記充電動作と空圧供給動作を同時に行う。本実施形態において、互いに独立した高圧蓄圧タンク１３Ｈ及び低圧蓄圧タンク１３Ｌを用い、充電動作及び空圧供給動作が並行して行われる。
【0121】
（６－３ｅ）放電と空圧供給を同時に行う運転モード
放電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記放電動作と空圧供給動作を同時に行う。本実施形態において、互いに独立した高圧蓄圧タンク１３Ｈ及び低圧蓄圧タンク１３Ｌを用い、放電動作及び空圧供給動作が並行して行われる。
放電と空圧供給を同時に行う運転モードでは、ＣＡＥＳ装置１は上記放電動作と空圧供給動作を同時に行う。本実施形態において、互いに独立した高圧蓄圧タンク１３Ｈ及び低圧蓄圧タンク１３Ｌを用い、放電動作及び空圧供給動作が並行して行われる。
【0122】
（６－４）電力需給調整
本実施形態のＣＡＥＳ装置１においても、太陽光発電装置２等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り余剰電力が発生している場合には充電を行う運転モードで運転され、再生エネルギ発電装置の発電量が電力使用量し下回っている場合には放電モードで運転される。その際、空圧機器Ｍ１への空圧供給が不足している場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電又は放電と同時に空圧供給を行う運転モードで運転される。また、再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量が同じ又はほぼ同じ場合、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給のみを行う運転モードで運転される。
本実施形態のＣＡＥＳ装置１においても、太陽光発電装置２等の再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量を上回り余剰電力が発生している場合には充電を行う運転モードで運転され、再生エネルギ発電装置の発電量が電力使用量し下回っている場合には放電モードで運転される。その際、空圧機器Ｍ１への空圧供給が不足している場合には、ＣＡＥＳ装置１は充電又は放電と同時に空圧供給を行う運転モードで運転される。また、再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量が同じ又はほぼ同じ場合、ＣＡＥＳ装置１は空圧供給のみを行う運転モードで運転される。
【0123】
（６－５）効果
工場Ｍで使用する圧縮空気をＣＡＥＳ装置１から供給することにより、第１実施形態と同様に、工場の電力需給を調整し合理的に電力平準化を図ることができる。また、本実施形態においては、第３実施形態と同様、圧縮機１２ａからの圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給することができる。圧縮機１２ａからの圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給することで、充電のみを行う場合に比べてＣＡＥＳ装置１の充電量は低下するが、圧縮機１２ａで大気を所定圧力Ｐ２程度まで圧縮すれば足りるため、空圧供給のためのエネルギ使用量を抑えることができ、高効率運転が可能となる。空圧供給によるエネルギ損失を抑えることができるので、ＣＡＥＳ装置１のシステム効率（電力回収効率）が向上する。本実施形態は、高圧圧縮機である圧縮機１２ｂをバイパスして圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を空圧機器Ｍ１に空圧供給する点で第３実施形態と共通するが、低圧圧縮機である圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵できる点で第３実施形態と相違する。また、空圧供給動作を行う部分（空圧供給設備Ｅ１）と充電動作及び放電動作を行う部分（高圧設備Ｅ２）とが前段及び後段に分かれており、それぞれ実質的に独立して運転することも可能である。
工場Ｍで使用する圧縮空気をＣＡＥＳ装置１から供給することにより、第１実施形態と同様に、工場の電力需給を調整し合理的に電力平準化を図ることができる。また、本実施形態においては、第３実施形態と同様、圧縮機１２ａからの圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給することができる。圧縮機１２ａからの圧縮空気を空圧機器Ｍ１に供給することで、充電のみを行う場合に比べてＣＡＥＳ装置１の充電量は低下するが、圧縮機１２ａで大気を所定圧力Ｐ２程度まで圧縮すれば足りるため、空圧供給のためのエネルギ使用量を抑えることができ、高効率運転が可能となる。空圧供給によるエネルギ損失を抑えることができるので、ＣＡＥＳ装置１のシステム効率（電力回収効率）が向上する。本実施形態は、高圧圧縮機である圧縮機１２ｂをバイパスして圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を空圧機器Ｍ１に空圧供給する点で第３実施形態と共通するが、低圧圧縮機である圧縮機１２ａで圧縮した圧縮空気を低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵できる点で第３実施形態と相違する。また、空圧供給動作を行う部分（空圧供給設備Ｅ１）と充電動作及び放電動作を行う部分（高圧設備Ｅ２）とが前段及び後段に分かれており、それぞれ実質的に独立して運転することも可能である。
【0124】
また、第３実施形態では、工場Ｍに既存の空圧供給設備Ｅ１が備わっている場合、既存の空圧供給設備Ｅ１に高圧設備Ｅ２を加えてＣＡＥＳの機能を確保することができ、既存設備を無駄なく活用することができるメリットも大きい。
【0125】
【0126】
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第６実施形態と相違する点は、低圧蓄圧タンク１３Ｌが、減圧装置８０を有する配管Ｌ８０を介して高圧蓄圧タンク１３Ｈと接続されており、低圧蓄圧タンク１３Ｌと高圧蓄圧タンク１３Ｈとが減圧装置８０を介して接続されている点である。減圧装置８０は、高圧蓄圧タンク１３Ｈ側（高圧設備Ｅ２側）から低圧蓄圧タンク１３Ｌ側（空圧供給設備Ｅ１側）に流れる所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気を所定圧力Ｐ２以下に減圧する要素であり、代表的には圧力調整弁（減圧弁）を用いることができる。圧力調整弁は、閉止可能なタイプを用いることもできる。この他、減圧装置８０には、オリフィスや絞り（配管Ｌ８０の途中に流路面積の減少部を設ける）等の代替手段も適用可能である。その他の第７実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第６実施形態と同様である。
【0127】
本実施形態においても、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態においては、空圧供給設備Ｅ１による空圧供給量に対して空圧機器Ｍ１の空圧需要が大きい一方で、膨張機１４を駆動する必要がないような場合に、高圧設備Ｅ２の高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧縮空気を減圧装置８０で降圧させて空圧機器Ｍ１に供給、又は低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵することができ、第６実施形態に比べてＣＡＥＳ装置１を柔軟に運用することができる。
【0128】
【0129】
本実施形態のＣＡＥＳ装置１が第７実施形態と相違する点は、低圧圧縮機である圧縮機１２ａと空圧供給配管３０とを接続する配管Ｌ３０が省略されている点である。つまり、圧縮機１２ａと低圧蓄圧タンク１３Ｌは直接接続されていない。その他の第８実施形態のＣＡＥＳ装置１のハードウェア構成は、第７実施形態と同様である。蓄圧タンクとして高圧蓄圧タンク１３Ｈと低圧蓄圧タンク１３Ｌとを含む点、低圧蓄圧タンク１３Ｌが減圧装置８０を介して高圧蓄圧タンク１３Ｈと接続されると共に空圧供給配管３０を介して空圧機器Ｍ１に接続されている点について、本実施形態は第７実施形態と共通する。
【0130】
本実施形態において、高圧蓄圧タンク１３Ｈには、圧縮機１２（圧縮機１２ａ，１２ｂ）で所定圧力Ｐ２を超える圧力まで圧縮された圧縮空気が貯蔵される。低圧蓄圧タンク１３Ｌには、高圧蓄圧タンク１３Ｈに貯蔵された又は圧縮機１２ｂから吐出された所定圧力Ｐ２を超える圧縮空気が、減圧装置８０で所定圧力Ｐ２以下に減圧されて貯蔵される。膨張機１４には、高圧蓄圧タンク１３Ｈの圧縮空気が供給される。そして、空圧機器Ｍ１には、減圧装置８０で減圧された圧縮空気、つまり低圧蓄圧タンク１３Ｌに貯蔵された圧縮空気、又は高圧蓄圧タンク１３Ｈ若しくは圧縮機１２ｂから減圧装置８０を介して供給される圧縮空気が、空圧供給配管３０を介して供給される。
【0131】
本実施形態の場合、第７実施形態と比較して、圧縮機１２（圧縮機１２ａ，１２ｂ）で圧縮された圧縮空気が全て熱交換器２４を通るので、空圧供給目的の圧縮空気の熱エネルギも回収することができ、熱効率が向上し得る。
【0132】
【0133】
本実施形態は、第２実施形態及び第３実施形態を組み合わせた例である。第２実施形態又は第３実施形態で実施可能な動作及び運転モードは本実施形態でも実施可能である。各運転モードの切り替えは、必票充電量、必要発電量、空圧需要、充電／放電運転予測等を組み込んだ運転制御により行うことができる。運転モードを切り替えることで、空圧を含めたシステム効率（空圧／電力回収効率）を向上させ得る。
【0134】
この例のように、前述した第１－第８各実施形態は、任意の２つ以上の実施形態を組み合わせることができる。
【0135】
【0136】
本実施形態は、各実施形態で触れたバルブの切り替え等の制御を実施するための具体的ハードウェア構成を示した例である。図１０において、ＣＡＥＳ装置１には、圧力センサＳ３１－Ｓ３４で検出される空圧供給配管３０の圧力を基にバルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５を制御する機能等を有する制御装置７０が備わっている。本実施形態においては第１実施形態に制御装置７０を付加した例を説明するが、第２－第９実施形態においても同様の要領で制御装置７０を追加してバルブの切り替え等の制御を実施することができる。
【0137】
制御装置７０には、圧力センサＳ３１－Ｓ３４，Ｓｃ，Ｓｅやパワーコンディショナ４、また工場Ｍの電力計７１（工場Ｍの管理室のコンピュータ等でも良い）が接続し、圧力センサＳ３１－Ｓ３４，Ｓｃ，Ｓｅの検出圧力、再生可能エネルギ発電装置の発電量、工場Ｍの電力需要（工場Ｍ全体の電力需要、空圧システムの電力需要）等のデータが入力される。制御装置７０は、ＣＡＥＳ装置１の制御プログラム等を実行するコンピュータである。本実施形態において、バルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５は電磁駆動式である。図示していないが、制御装置７０は、バルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５やモータ１１ａ，１１ｂ、発電機１５ａ，１５ｂ、ポンプ２８，２９等の電動機器と電気的に接続しており、これら電動機器に動作指令を出力する。例えば、制御装置７０は、バルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５に対する開閉指令、モータ１１ａ，１１ｂやポンプ２８，２９に対する起動指令／停止指令／回転数指令、発電機１５ａ，１５ｂに対する回転数指令等を出力可能である。
【0138】
制御装置７０は、パワーコンディショナ４から入力される再生エネルギ発電装置の発電量、電力計７１から入力される工場Ｍの電力使用量、及び圧力センサＳ３１－Ｓ３４で検出される空圧供給配管３０の圧力を入力し、例えば、再生エネルギ発電装置の発電量が工場Ｍの電力使用量より少なく、空圧供給配管３０の圧力が空圧使用圧力Ｐ１以上で所定圧力Ｐ２以下である場合、バルブＶ３１－Ｖ３３を適宜開放し空圧供給配管３０から空圧機器Ｍ１に圧縮空気を供給する。例えば、蓄圧タンク１３ａ－１３ｃ（配管３１－３３）のうち蓄圧タンク１３ｃ（配管３３）のみが上記圧力範囲にある場合、バルブＶ３３を開放して蓄圧タンク１３ｃを用いて空圧供給する。
【0139】
このようなバルブＶ３１－Ｖ３３，ＶＬ１－ＶＬ５を含む電動機器を自動制御するためには、制御装置７０により選択すべき運転モードが判定される必要がある。運転モードの判定には、まず、第１実施形態等の「電力需給調整」の説明に記載したように、再生エネルギ発電装置の発電量と工場Ｍの電力使用量の大小関係を判定する必要がある。これについては、パワーコンディショナ４から入力される再生エネルギ発電装置の発電量と、電力計７１から入力される工場Ｍの電力使用量とで、制御装置７０により判定可能である。従って、制御装置７０は、発電量が電力使用量を上回る場合には充電動作を行う運転モードを選択し、発電量が電力使用量を下回る場合には放電動作を行う運転モードを選択し、発電量が電力使用量とつり合っている場合には空圧供給動作のみを行う運転モードを選択し、選択した運転モードに応じてそれぞれ電動機器を制御する。その際、充電動作を行う運転モード、及び放電動作を行う運転モードを選択した場合、併せて空圧供給動作を行うかどうかは、例えば工場Ｍの空圧機器Ｍ１の運転要求が予め設定した閾値を超えているかどうかで判定される。空圧機器Ｍ１の運転要求は、例えば空圧システムの使用電力量（又は空圧システムの配管圧力等）により推定することができる。
【0140】
本実施形態のように、ＣＡＥＳ装置１を自動運転することで、ＣＡＥＳ装置１を適時に適正な運転モードで運転することができ、エネルギ効率をより向上させることができる。
【0141】
（変形例）
以上の各実施形態において、再生可能エネルギ発電装置には、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐、及び地熱等、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、工場Ｍ内の大電力を消費する機器の駆動状態によって工場Ｍの電力需要が大きく変動する場合にも、各実施形態のＣＡＥＳ装置１を適用可能である。また、送配電系統５は、電力会社の一般送配電系統に限らず、地域、あるいは工場Ｍ内のマイクログリッド電力の系統であってもよい。
以上の各実施形態において、再生可能エネルギ発電装置には、例えば、風力、太陽光、太陽熱、波力又は潮力、流水又は潮汐、及び地熱等、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、工場Ｍ内の大電力を消費する機器の駆動状態によって工場Ｍの電力需要が大きく変動する場合にも、各実施形態のＣＡＥＳ装置１を適用可能である。また、送配電系統５は、電力会社の一般送配電系統に限らず、地域、あるいは工場Ｍ内のマイクログリッド電力の系統であってもよい。
【0142】
また、各実施形態の圧縮機１２ａ，１２ｂ及び膨張機１４ａ，１４ｂには、例えばスクリュ式を用いることができるが、これら回転機械の形式は限定されない。圧縮機１２ａ，１２ｂ及び膨張機１４ａ，１４ｂには、例えばスクロール式、ターボ式、又はレシプロ式等であってもよい。
【0143】
また、各実施形態においては、圧縮機１２及び膨張機１４をそれぞれ圧縮機１２ａ，１２ｂ及び膨張機１４ａ，１４ｂの２段圧縮／２段膨張型としているが、圧縮機１２及び膨張機１４は、単段圧縮／単段膨張型、または３段以上の圧縮／膨張型、更には圧縮と膨張で段数が異なっていても良い。更に、各図では圧縮機１２及び膨張機１４を１つずつ図示しているが、台数は特に限定されず、ＣＡＥＳ装置１には圧縮機１２及び膨張機１４が複数備わっていても良い。また、モータと圧縮機の台数が異なる構成（例えば１台のモータで複数の圧縮機を駆動する場合）、発電機と膨張機の台数が異なる構成（例えば複数の膨張機で１台の発電機を駆動する場合）とする場合もある。
【0144】
また、例えば図２の例では、多段膨張型の膨張機１４の高圧段の膨張機１４ａと低圧段の膨張機１４ｂを繋ぐ配管Ｌｅ２から圧縮空気を抽気する構成を例示したが、例えば単段膨張機の途中段から圧縮空気を抽気する構成とすることもできる。図３、図６及び図７の例に関しても同様であり、単段圧縮機の途中段から圧縮空気を抽気する構成とすることができる。
【符号の説明】
【0145】
１…ＣＡＥＳ装置（圧縮空気エネルギ貯蔵装置）、２…太陽光発電装置（再生エネルギ発電装置）、３…風力発電装置（再生エネルギ発電装置）、１１…電動機、１２…圧縮機、１２ａ…圧縮機（低圧圧縮機）、１２ｂ…圧縮機（高圧圧縮機）、１３…蓄圧タンク、１３Ｌ…低圧蓄圧タンク、１３Ｈ…高圧蓄圧タンク、１４…膨張機、１４ａ…膨張機（高圧膨張機）、１４ｂ…膨張機（低圧膨張機）、１５…発電機、３０…空圧供給配管、３１－３６…配管、４１…空圧供給圧縮機、４２，４３…配管、５０…給水ポンプ、７０…制御装置、８０…減圧装置、Ｌｃ１，Ｌｅ２…配管、Ｍ…工場（空圧機器を使用する施設）、Ｍ１…空圧機器、Ｐ１…空圧使用圧力、Ｐ２…所定圧力、Ｓ３３－Ｓ３４…圧力センサ、Ｖ３１－Ｖ３３…バルブ（開閉弁）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】