特開 2024-173415 蓄エネルギー装置

(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】P2024173415

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】蓄エネルギー装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20241205BHJP

   F22B 33/18 20060101ALI20241205BHJP

   F23G 5/02 20060101ALI20241205BHJP

   F26B 15/00 20060101ALI20241205BHJP

   F22B 1/02 20060101ALI20241205BHJP

   F23G 5/30 20060101ALI20241205BHJP

   F23G 7/00 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 A

F22B33/18

F23G5/02 B

F26B15/00 A

F22B1/02 B

F23G5/30 E

F23G7/00 104A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091825

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】劉 志宏

(72)【発明者】

【氏名】藤森 俊郎

(72)【発明者】

【氏名】石川 温士

(72)【発明者】

【氏名】真弓 敦

【テーマコード（参考）】

3K065

3K161

3L113

【Ｆターム（参考）】

3K065AA11

3K065AB01

3K065AC02

3K065CA11

3K065CA13

3K161AA02

3K161CA01

3K161DA52

3K161EA31

3K161JA24

3K161JA25

3L113AA07

3L113AB04

3L113AC08

3L113AC35

3L113AC67

3L113AC79

3L113BA37

3L113CB05

3L113DA02

(57)【要約】

【課題】効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用する。
【解決手段】蓄エネルギー装置１００は、蓄熱モードにおいて、電気ヒータ１４０によって固体粒子を加熱して高温槽１８０に貯留し、発電モードにおいて、電気ヒータを停止し、流動層装置１３０に酸素含有気体を供給し、高温槽から流動層装置に固体粒子を供給し、第１蒸気発生器１６０において、酸素含有気体が有する熱および固体粒子が有する熱のうちのいずれか一方または両方によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機２１０により発電させ、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了したら、固気分離器１７０によって分離された固体粒子を流動層装置に供給し、サイロ１５０から流動層装置に乾燥汚泥を供給して、流動層装置内で乾燥汚泥を燃焼させ、第１蒸気発生器において乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素含有気体により不燃性の固体粒子の流動層が形成される流動層装置と、
前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記流動層装置に供給される酸素含有気体、および、前記流動層装置内の酸素含有気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する電気ヒータと、
乾燥汚泥を貯蔵するサイロと、
前記乾燥汚泥を前記流動層装置に供給する燃料供給部と、
前記流動層装置内に設けられ、前記酸素含有気体が有する熱、前記固体粒子が有する熱、および、前記乾燥汚泥の燃焼熱のうちのいずれか１または複数によって水蒸気を生成する第１蒸気発生器と、
前記流動層装置から排出された固気混合物から前記固体粒子を分離する固気分離器と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を貯留する高温槽および低温槽と、
前記高温槽に貯留された前記固体粒子を前記流動層装置に供給する高温粒子供給部と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子を前記流動層装置に供給する低温粒子供給部と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を、前記高温槽および前記低温槽を経由させずに、前記流動層装置に供給する固体粒子循環部と、
前記第１蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電する蒸気タービン発電機と、
前記気体供給部、前記電気ヒータ、前記燃料供給部、前記高温粒子供給部、前記低温粒子供給部、および、前記固体粒子循環部を制御して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して蓄熱する蓄熱モードと、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電モードとを含む複数の運転モードのうち、１の運転モードに設定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記蓄熱モードにおいて、
前記気体供給部を制御して前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給し、
前記電気ヒータを制御して前記酸素含有気体を加熱し、
前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記流動層装置に前記固体粒子を供給して、前記流動層装置において前記酸素含有気体で前記固体粒子を加熱し、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、
前記発電モードにおいて、
前記電気ヒータを停止し、
前記気体供給部を制御して前記流動層装置に前記酸素含有気体を供給し、
前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記流動層装置に前記固体粒子を供給し、前記第１蒸気発生器において、前記酸素含有気体および前記固体粒子のうちのいずれか一方または両方が有する熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させ、
前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了したら、前記固体粒子循環部を制御して、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記流動層装置に供給し、前記燃料供給部を制御して前記サイロから前記流動層装置に前記乾燥汚泥を供給して、前記流動層装置内で前記乾燥汚泥を燃焼させ、前記第１蒸気発生器において前記乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させる、蓄エネルギー装置。

【請求項2】

前記蒸気タービン発電機に供給された水蒸気の一部を抽気して、含水汚泥を乾燥させる乾燥装置を備え、
前記サイロは、前記乾燥装置によって乾燥された前記乾燥汚泥を貯蔵する、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項3】

前記高温槽から前記固体粒子が供給され、前記固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成する第２蒸気発生器を備え、
前記蒸気タービン発電機は、前記第２蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電し、
前記高温粒子供給部は、前記高温槽に貯留された前記固体粒子を、前記第２蒸気発生器を介して前記流動層装置に供給し、
前記制御装置は、前記発電モードにおける、前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了する前において、前記高温粒子供給部を制御して前記高温槽から前記第２蒸気発生器を介して前記流動層装置に前記固体粒子を供給し、前記第２蒸気発生器において前記固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成させて、前記蒸気タービン発電機により発電させる、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記発電モードにおける、前記高温槽から前記流動層装置への前記固体粒子の供給が終了する前において、前記第１蒸気発生器から前記蒸気タービン発電機への水蒸気の供給を停止し、前記第２蒸気発生器から前記蒸気タービン発電機へ水蒸気を供給させる、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。

【請求項5】

前記固気分離器によって分離された気体が有する熱で、前記酸素含有気体を予熱する予熱器を備え、
前記気体供給部は、前記予熱器によって予熱された前記酸素含有気体を前記流動層装置に供給する、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄エネルギー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発電された電力量（以下、「発電電力量」という）と、必要とされる電力量（以下、「需要電力量」という）とは、必ずしも一致しない。このため、電力が余剰したり（つまり、発電電力量－需要電力量 > ０）、電力が足りなくなったり（つまり、発電電力量－需要電力量 < ０、例えば、電力が不足）する場合がある。特に、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーを利用した発電では、余剰する電力量や、不足する電力量が多い。

【0003】

そこで、電気ヒータが内蔵され、内部に流路が形成されたレンガブロックを備えた装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術は、電力が余剰した時に電気ヒータを動作させてレンガブロックを加熱し蓄熱しておく。そして、特許文献１の技術は、電力が必要となった際（例えば、電力が不足した際）に流路に水を通過させて蓄熱した熱で加熱し、加熱された水（水蒸気）でタービンを回転させて発電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００８／０２１９６５１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、電力グリッドの安定化（スマートグリッドの実現）のために、余剰した電力を熱に変換して蓄熱しておき、必要となった際に蓄熱した熱を利用する技術等の蓄熱および放熱を行う技術において、効率よく蓄熱したり、蓄熱した熱を効率よく利用したりする技術の開発が希求されている。

【0006】

本開示は、このような課題に鑑み、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能な蓄エネルギー装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る蓄エネルギー装置は、酸素含有気体により不燃性の固体粒子の流動層が形成される流動層装置と、流動層装置に酸素含有気体を供給する気体供給部と、気体供給部から流動層装置に供給される酸素含有気体、および、流動層装置内の酸素含有気体のうち、いずれか一方または両方を、電力を消費して加熱する電気ヒータと、乾燥汚泥を貯蔵するサイロと、乾燥汚泥を流動層装置に供給する燃料供給部と、流動層装置内に設けられ、酸素含有気体が有する熱、固体粒子が有する熱、および、乾燥汚泥の燃焼熱のうちのいずれか１または複数によって水蒸気を生成する第１蒸気発生器と、流動層装置から排出された固気混合物から固体粒子を分離する固気分離器と、固気分離器によって分離された固体粒子を貯留する高温槽および低温槽と、高温槽に貯留された固体粒子を流動層装置に供給する高温粒子供給部と、低温槽に貯留された固体粒子を流動層装置に供給する低温粒子供給部と、固気分離器によって分離された固体粒子を、高温槽および低温槽を経由させずに、流動層装置に供給する固体粒子循環部と、第１蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電する蒸気タービン発電機と、気体供給部、電気ヒータ、燃料供給部、高温粒子供給部、低温粒子供給部、および、固体粒子循環部を制御して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して蓄熱する蓄熱モードと、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電モードとを含む複数の運転モードのうち、１の運転モードに設定する制御装置と、を備え、制御装置は、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して流動層装置に酸素含有気体を供給し、電気ヒータを制御して酸素含有気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から流動層装置に固体粒子を供給して、流動層装置において酸素含有気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、発電モードにおいて、電気ヒータを停止し、気体供給部を制御して流動層装置に酸素含有気体を供給し、高温粒子供給部を制御して高温槽から流動層装置に固体粒子を供給し、第１蒸気発生器において、酸素含有気体および固体粒子のうちのいずれか一方または両方が有する熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させ、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了したら、固体粒子循環部を制御して、固気分離器によって分離された固体粒子を流動層装置に供給し、燃料供給部を制御してサイロから流動層装置に乾燥汚泥を供給して、流動層装置内で乾燥汚泥を燃焼させ、第１蒸気発生器において乾燥汚泥の燃焼熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させる。

【0008】

また、上記蓄エネルギー装置は、蒸気タービン発電機に供給された水蒸気の一部を抽気して、含水汚泥を乾燥させる乾燥装置を備え、サイロは、乾燥装置によって乾燥された乾燥汚泥を貯蔵してもよい。

【0009】

また、上記蓄エネルギー装置は、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成する第２蒸気発生器を備え、蒸気タービン発電機は、第２蒸気発生器によって生成された水蒸気により発電し、高温粒子供給部は、高温槽に貯留された固体粒子を、第２蒸気発生器を介して流動層装置に供給し、制御装置は、発電モードにおける、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了する前において、高温粒子供給部を制御して高温槽から第２蒸気発生器を介して流動層装置に固体粒子を供給し、第２蒸気発生器において固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機により発電させてもよい。

【0010】

また、制御装置は、発電モードにおける、高温槽から流動層装置への固体粒子の供給が終了する前において、第１蒸気発生器から蒸気タービン発電機への水蒸気の供給を停止し、第２蒸気発生器から蒸気タービン発電機へ水蒸気を供給させてもよい。

【0011】

また、上記蓄エネルギー装置は、固気分離器によって分離された気体が有する熱で、酸素含有気体を予熱する予熱器を備え、気体供給部は、予熱器によって予熱された酸素含有気体を流動層装置に供給してもよい。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る蓄エネルギー装置を説明する図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る第２蒸気発生器の一例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る蓄熱モードにおける制御装置の処理を説明する図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る第１発電モードにおける制御装置の処理を説明する図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る第２発電モードにおける制御装置の処理を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0015】

図１は、本実施形態に係る蓄エネルギー装置１００を説明する図である。図１に示すように、蓄エネルギー装置１００は、気体供給部１１０と、予熱器１２０と、流動層装置１３０と、電気ヒータ１４０と、サイロ１５０と、燃料供給部１５２と、第１蒸気発生器１６０と、水供給部１６２と、水蒸気供給部１６４と、バルブ１６６と、固気分離器１７０と、排出管１７２と、切換部１７４と、高温槽１８０と、高温粒子供給部１８２と、第２蒸気発生器１９０と、水供給部２００と、水蒸気供給部２０２と、バルブ２０４と、蒸気タービン発電機２１０と、乾燥装置２２０と、低温槽２３０と、低温粒子供給部２３２と、気体送出部２４０と、制御装置２５０と、を含む。なお、図１中、実線の矢印は、固体粒子、乾燥汚泥、および固気混合物の流れを示す。また、図１中、破線の矢印は、気体および液体の流れを示す。

【0016】

気体供給部１１０は、後述する流動層装置１３０の下室１３２ｂに酸素含有気体を供給する。酸素含有気体は、例えば、空気、酸素富化空気である。気体供給部１１０は、ブロワ１１２と、気体供給路１１４とを含む。

【0017】

ブロワ１１２は、酸素含有気体を吸引して下室１３２ｂに吐出する。ブロワ１１２の吸入側は、酸素含有気体の供給源に接続される。ブロワ１１２の吐出側は、気体供給路１１４に接続される。

【0018】

気体供給路１１４は、ブロワ１１２の吐出側と、下室１３２ｂとを接続する流路である。

【0019】

予熱器１２０は、気体供給路１１４を通過する酸素含有気体を予熱する。このため、気体供給部１１０は、予熱器１２０によって予熱された酸素含有気体を流動層装置１３０に供給することになる。本実施形態において、予熱器１２０は、後述する固気分離器１７０によって分離された高温の気体（酸素含有ガス、または、燃焼排ガス）と、気体供給路１１４を通過する酸素含有気体とを熱交換させる熱交換器である。つまり、予熱器１２０は、固気分離器１７０によって分離された高温の気体が有する熱で、酸素含有気体を予熱する。

【0020】

流動層装置１３０は、気体供給部１１０から酸素含有気体が供給され、後述する高温槽１８０および低温槽２３０から固体粒子が供給される。流動層装置１３０において、気体供給部１１０から供給された酸素含有気体により固体粒子の流動層が形成される。

【0021】

固体粒子は、不燃性である。固体粒子は、例えば、シリカ、アルミナ、バライト砂（重晶石、硫酸バリウム）、部分仮焼した粘土、ガラス球、回収石油触媒等である。固体粒子は、好ましくは、シリカ、および、アルミナのうちいずれか一方または両方である。固体粒子をシリカとする場合、固体粒子に要するコストを低減することができる。また、固体粒子（シリカ）として、砂漠の砂や、川砂を用いることにより、低コストかつ容易に入手することが可能となる。また、固体粒子を相対的に融点が高いアルミナとすることで、固体粒子を高温にすることができ、より高い蓄エネルギー密度とすることが可能となる。

【0022】

固体粒子の粒径は、例えば、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。固体粒子の形状に限定はなく、球形状であってもよいし、球形状でなくてもよい。

【0023】

本実施形態において、流動層装置１３０は、収容槽１３２と、分散板（Distributor）１３４とを含む。

【0024】

収容槽１３２は、中空形状の容器である。収容槽１３２は、例えば、角筒形状である。収容槽１３２の底部には、気体供給路１１４が接続される。

【0025】

分散板１３４は、収容槽１３２内に略水平に設けられる。分散板１３４は、複数の孔が形成された板である。複数の孔の大きさは、固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。分散板１３４は、収容槽１３２内を、上室１３２ａと、下室１３２ｂとに区画する。上室１３２ａは、収容槽１３２の上部に形成される。下室１３２ｂは、収容槽１３２内における上室１３２ａの下方に形成される。分散板１３４は、上室１３２ａの底面として機能する。また、分散板１３４は、下室１３２ｂの上面として機能する。

【0026】

上室１３２ａには、後述する固体粒子循環部１７４ａ、配管１８４、および、配管２３４が接続される。固体粒子循環部１７４ａを通じて、上室１３２ａ内を固体粒子が循環する。また、配管１８４を通じて、上室１３２ａには、高温槽１８０から固体粒子が供給される。また、配管２３４を通じて、上室１３２ａには、低温槽２３０から固体粒子が供給される。こうして、固体粒子が上室１３２ａに収容される。

【0027】

また、上室１３２ａには、後述する燃料供給管１５４が接続される。燃料供給管１５４を通じて、上室１３２ａには、乾燥汚泥が供給される。

【0028】

下室１３２ｂには、気体供給部１１０（ブロワ１１２）から酸素含有気体が供給される。下室１３２ｂに供給された酸素含有気体は、分散板１３４に形成された複数の孔を通じて上室１３２ａに供給される。

【0029】

気体供給部１１０によって上室１３２ａに供給される酸素含有気体の流速は、上室１３２ａ内の固体粒子の終端速度（terminal velocity）以上である。また、固体粒子は、上室１３２ａの底面に配される分散板１３４に形成された複数の孔より上方から供給される。したがって、固体粒子および酸素含有気体の固気混合物は、上室１３２ａ内を下部から上部（底面から上面）に向かって通過する。また、上室１３２ａ内において、固体粒子および酸素含有気体の流動層が形成され、また、固体粒子と酸素含有気体とが強く攪拌されることから、固体粒子と酸素含有気体とが効率よく接触する。

【0030】

電気ヒータ１４０は、上室１３２ａ内に設けられる。電気ヒータ１４０は、電力を消費して、上室１３２ａ内の酸素含有気体および固体粒子を加熱する。電気ヒータ１４０は、例えば、抵抗加熱装置（電力が供給された導体から生じる熱を利用する装置）である。本実施形態において、電気ヒータ１４０は、例えば、セラミックで被覆された電熱線（導体）を有するセラミックヒータである。

【0031】

電気ヒータ１４０は、例えば、再生可能エネルギーを利用した発電システム、および、タービン発電機を利用した発電システムのいずれか一方または両方で生成された電力を消費することができる。再生可能エネルギーを利用した発電システムは、例えば、太陽熱発電システム、太陽光発電システム、風力発電システム、または、水力発電システムである。電気ヒータ１４０が再生可能エネルギーを利用した発電システムで生成された電力を消費することで、余剰することが多い電力を効率よく熱に変換することができる。

【0032】

サイロ１５０は、乾燥汚泥を貯蔵する。乾燥汚泥は、後述する乾燥装置２２０によって乾燥された汚泥である。汚泥は、下水処理場の処理過程や工場の廃液処理過程などで生じる、有機質の最終生成物を凝集させて得られる泥状の固体である。汚泥は、例えば、下水汚泥、製紙汚泥、食品残渣である。サイロ１５０は、例えば、蒸気タービン発電機２１０によって１週間程度発電できる量の乾燥汚泥を貯蔵可能な大きさである。

【0033】

燃料供給部１５２は、乾燥汚泥を流動層装置１３０に供給する。燃料供給部１５２は、燃料供給管１５４と、流量調整機構１５６を含む。

【0034】

燃料供給管１５４は、サイロ１５０の下部と流動層装置１３０とを接続する。本実施形態において、燃料供給部１５２は、流動層装置１３０の上室１３２ａに接続される。

【0035】

流量調整機構１５６は、燃料供給管１５４に設けられる。流量調整機構１５６は、サイロ１５０から流動層装置１３０に供給される乾燥汚泥の流量を調整する。流量調整機構１５６は、例えば、ロータリーバルブである。

【0036】

第１蒸気発生器１６０は、流動層装置１３０内に設けられる。本実施体形において、第１蒸気発生器１６０は、流動層装置１３０の上室１３２ａ内に設けられる。第１蒸気発生器１６０は、例えば、上室１３２ａにおける、燃料供給管１５４、固体粒子循環部１７４ａ、配管１８４および配管２３４の接続箇所と、排出管１７２の接続箇所との間に設けられる。本実施形態において、第１蒸気発生器１６０は、酸素含有気体が有する熱、固体粒子が有する熱、および、乾燥汚泥の燃焼熱のうちのいずれか１または複数によって水蒸気を生成する。

【0037】

水供給部１６２は、第１蒸気発生器１６０に、液体の水を供給する。水供給部１６２は、例えば、ポンプである。液体の水は、第１蒸気発生器１６０の通過過程において、上室１３２ａ内に形成された流動層（固体粒子および燃焼排ガス）と熱交換され、加熱されて水蒸気となる。

【0038】

水蒸気供給部１６４は、第１蒸気発生器１６０によって生成された水蒸気を、後述する蒸気タービン発電機２１０に供給する。水蒸気供給部１６４には、バルブ１６６が設けられる。バルブ１６６は、開閉バルブである。

【0039】

固気分離器１７０は、流動層装置１３０から排出された固気混合物から固体粒子を分離する。固気分離器１７０は、例えば、サイクロンや、フィルタである。

【0040】

排出管１７２は、流動層装置１３０の上室１３２ａの上部と固気分離器１７０とを接続する。

【0041】

切換部１７４は、固気分離器１７０によって固気分離された固体粒子の供給先を、高温槽１８０、低温槽２３０、または、流動層装置１３０に切り換える。切換部１７４は、固体粒子循環部１７４ａ、配管１７４ｂ、１７４ｃと、バルブ１７６ａ（固体粒子循環部）、１７６ｂ、１７６ｃとを含む。バルブ１７６ａ～１７６ｃは、開閉バルブである。

【0042】

固体粒子循環部１７４ａは、固気分離器１７０によって分離された固体粒子を、高温槽１８０および低温槽２３０を経由させずに、流動層装置１３０に供給する。固体粒子循環部１７４ａは、例えば、固気分離器１７０の固体粒子の排出口と、流動層装置１３０の上室１３２ａとを接続する配管である。バルブ１７６ａは、固体粒子循環部１７４ａに設けられる。

【0043】

配管１７４ｂは、固気分離器１７０の固体粒子の排出口と、高温槽１８０とを接続する。バルブ１７６ｂは、配管１７４ｂに設けられる。配管１７４ｃは、固気分離器１７０の固体粒子の排出口と、低温槽２３０とを接続する。バルブ１７６ｃは、配管１７４ｃに設けられる。なお、バルブ１７６ａ～１７６ｃは、後述する制御装置２５０によって排他的に開閉される。

【0044】

高温槽１８０は、固気分離器１７０によって固気分離された固体粒子を貯留する。高温槽１８０は、例えば、ホッパである。高温槽１８０は、例えば、蒸気タービン発電機２１０によって半日から１日程度発電できる量の固体粒子を貯蔵可能な大きさである。高温槽１８０は、例えば、サイロ１５０よりも小さい。

【0045】

高温粒子供給部１８２は、高温槽１８０に貯留された固体粒子を、後述する第２蒸気発生器１９０を介して流動層装置１３０に供給する。高温粒子供給部１８２は、配管１８４と、流量調整機構１８６とを含む。配管１８４は、後述する第２蒸気発生器１９０の容器１９２を介して、高温槽１８０の下部と、流動層装置１３０の上室１３２ａとを接続する。

【0046】

流量調整機構１８６は、配管１８４に設けられる。流量調整機構１８６は、高温槽１８０から流動層装置１３０に供給される固体粒子の流量を調整する。流量調整機構１８６は、例えば、Ｊバルブ型ループシール、Ｌバルブ型ループシールである。

【0047】

第２蒸気発生器１９０は、配管１８４における、流量調整機構１８６と流動層装置１３０との間に設けられる。第２蒸気発生器１９０は、高温槽１８０から固体粒子が供給され、固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成する。

【0048】

図２は、本実施形態に係る第２蒸気発生器１９０の一例を示す図である。図２に示すように、第２蒸気発生器１９０は、容器１９２と、分散板１９４ａと、排気管１９４ｂと、流動化ガス供給部１９６と、伝熱管１９８とを含む。

【0049】

容器１９２は、中空形状である。容器１９２は、例えば、角筒形状である。分散板１９４ａは、容器１９２内に略水平に設けられる。分散板１９４ａは、複数の孔が形成された板である。複数の孔の大きさは、固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。分散板１９４ａは、容器１９２内を、収容室１９２ａと、風箱室１９２ｂとに区画する。収容室１９２ａは、容器１９２の上部に形成される。風箱室１９２ｂは、容器１９２内における収容室１９２ａの下方に形成される。分散板１９４ａは、収容室１９２ａの底面として機能する。また、分散板１９４ａは、風箱室１９２ｂの上面として機能する。

【0050】

本実施形態において、高温粒子供給部１８２における高温槽１８０に接続される配管１８４は、容器１９２の上面を貫通する。高温槽１８０に接続される配管１８４の上端は、高温槽１８０の下部に接続される。また、高温槽１８０に接続される配管１８４の下端は、収容室１９２ａ内に配される。高温槽１８０に接続される配管１８４の下端は、流動層装置１３０に接続された配管１８４の上端よりも下方に位置する。本実施形態において、高温槽１８０に接続される配管１８４の下端は、分散板１９４ａの近傍に位置する。

【0051】

高温槽１８０に貯留された固体粒子は、配管１８４を通じて、収容室１９２ａに供給される。したがって、収容室１９２ａには、固体粒子が収容される。

【0052】

流動化ガス供給部１９６は、例えば、ポンプ、ブロワ等である。流動化ガス供給部１９６の吸入側は、流動化ガスの供給源に接続される。流動化ガス供給部１９６の吐出側は、風箱室１９２ｂに接続される。流動化ガスは、例えば、水蒸気、空気、二酸化炭素、燃焼排ガスである。流動化ガス供給部１９６は、分散板１９４ａを通じて収容室１９２ａ内に供給される流動化ガスの空塔速度が、最小流動化速度Ｕｍｆ以上、終端速度未満となるように、流動化ガスを風箱室１９２ｂ内に供給する。これにより、高温槽１８０から供給された固体粒子は、流動化ガスによって流動化し、収容室１９２ａ内において流動層（気泡流動層）が形成される。また、流動化ガス供給部１９６によって供給される流動化ガスの空塔速度は、終端速度未満であるため、収容室１９２ａから固体粒子が飛散することはない。

【0053】

また、高温粒子供給部１８２における流動層装置１３０に接続される配管１８４は、収容室１９２ａと流動層装置１３０の下部とを接続する。流動層装置１３０に接続される配管１８４の上端は、容器１９２の側面のうち、収容室１９２ａにおける流動層の上面近傍に接続される。流動層装置１３０に接続される配管１８４の下端は、流動層装置１３０における分散板１３４の上方に接続される。

【0054】

上記したように、収容室１９２ａ内には、固体粒子の流動層が形成される。このため、高温槽１８０に接続される配管１８４を通じて、高温槽１８０から固体粒子が供給されると、供給された分の固体粒子が、流動層装置１３０に接続される配管１８４に押し出される（オーバーフローする）。そして、押し出された固体粒子は、流動層装置１３０に接続される配管１８４を通じて、流動層装置１３０に供給される。

【0055】

伝熱管１９８は、収容室１９２ａ内に設けられる。伝熱管１９８の入口には、水供給部２００が接続される。伝熱管１９８の出口には、水蒸気供給部２０２を介して、蒸気タービン発電機２１０が接続される。

【0056】

また、容器１９２の上面には、排気管１９４ｂが接続される。排気管１９４ｂは、例えば、不図示の熱利用機器に流動化ガスを供給する。熱利用機器は、例えば、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機（ボイラ）、蒸気を提供するボイラ、炉（ファーネス、キルン）、空調機器である。

【0057】

水供給部２００は、伝熱管１９８に、液体の水を供給する。水供給部２００は、例え、ポンプである。液体の水は、伝熱管１９８の通過過程において、収容室１９２ａ内に形成された流動層（固体粒子および流動化ガス）と熱交換され、加熱されて水蒸気となる。

【0058】

水蒸気供給部２０２は、第２蒸気発生器１９０の伝熱管１９８において生成された水蒸気を、蒸気タービン発電機２１０に供給する。水蒸気供給部２０２には、バルブ２０４が設けられる。バルブ２０４は、開閉バルブである。

【0059】

図１に戻って説明すると、蒸気タービン発電機２１０は、第１蒸気発生器１６０によって生成された水蒸気、および、第２蒸気発生器１９０によって生成された水蒸気により発電する。

【0060】

乾燥装置２２０は、蒸気タービン発電機２１０に供給された水蒸気の一部を抽気して、含水汚泥を乾燥させる。含水汚泥は、例えば、８０質量％程度の水を含む汚泥である。含水汚泥は、例えば、脱水汚泥（脱水ケーキ）である。乾燥装置２２０によって乾燥された乾燥汚泥は、サイロ１５０に貯蔵される。

【0061】

水蒸気供給管２２２は、蒸気タービン発電機２１０と乾燥装置２２０とを接続する配管である。水蒸気供給管２２２には、バルブ２２４が設けられる。バルブ２２４は、開閉バルブである。

【0062】

低温槽２３０は、固気分離器１７０によって分離された固体粒子を貯留する。低温槽２３０には、高温槽１８０とタイミングを異にして固体粒子が供給される。低温槽２３０は、例えば、ホッパである。低温槽２３０は、高温槽１８０と略等しい大きさである。

【0063】

低温粒子供給部２３２は、低温槽２３０に貯留された固体粒子を流動層装置１３０に供給する。低温粒子供給部２３２は、配管２３４と、流量調整機構２３６とを含む。配管２３４は、低温槽２３０の下部と、流動層装置１３０の上室１３２ａとを接続する。本実施形態において、配管２３４の上端は、低温槽２３０の下部に接続される。配管２３４の下端は、流動層装置１３０における分散板１３４の上方に接続される。

【0064】

流量調整機構２３６は、配管２３４に設けられる。流量調整機構２３６は、低温槽２３０から流動層装置１３０に供給される固体粒子の流量を調整する。流量調整機構２３６は、例えば、ロータリーバルブである。

【0065】

気体送出部２４０は、固気分離器１７０によって固気分離された気体（酸素含有ガス、または、燃焼排ガス）を予熱器１２０に供給する。気体送出部２４０は、固気分離器１７０の気体の排気口と、予熱器１２０とを接続する配管である。

【0066】

制御装置２５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御装置２５０は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御装置２５０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、蓄エネルギー装置１００全体を管理および制御する。

【0067】

本実施形態において、制御装置２５０は、気体供給部１１０（ブロワ１１２）、電気ヒータ１４０、燃料供給部１５２（流量調整機構１５６）、水供給部１６２、バルブ１６６、切換部１７４（バルブ１７６ａ～１７６ｃ）、高温粒子供給部１８２（流量調整機構１８６）、流動化ガス供給部１９６、水供給部２００、バルブ２０４、蒸気タービン発電機２１０、乾燥装置２２０、バルブ２２４、低温粒子供給部２３２（流量調整機構２３６）を制御する。

【0068】

本実施形態において、制御装置２５０は、電力が余剰（つまり、発電電力量－需要電力量 > 所定値（例えば０））する期間、余剰した電力（電気エネルギー）を熱エネルギーに変換して蓄熱する。以下、電気エネルギーを熱エネルギーに変換して蓄熱する運転モードを、蓄熱モードという。一方、制御装置２５０は、電力が必要なとき、蓄熱した熱エネルギーを用いて蒸気タービン発電機２１０を動作させる（発電させる）。以下、蒸気タービン発電機２１０によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換する運転モードを、発電モードという。

【0069】

なお、初期状態において、ブロワ１１２、電気ヒータ１４０、水供給部１６２、２００、流動化ガス供給部１９６は停止しており、バルブ１６６、１７６ａ～１７６ｃ、２０４、２２４、流量調整機構１５６、１８６、２３６は閉じられている。また、初期状態において、固体粒子は、低温槽２３０に貯留されている。以下、蓄熱モードおよび発電モードそれぞれにおける制御装置２５０の処理について説明する。

【0070】

［蓄熱モード］
図３は、本実施形態に係る蓄熱モードにおける制御装置２５０の処理を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図３中、蓄熱モードにおいて利用されない構成を省略する。

【0071】

制御装置２５０は、バルブ１６６、１７６ａ、１７６ｃ、２０４、２２４および、流量調整機構１５６、１８６を閉じる。制御装置２５０は、水供給部１６２、流動化ガス供給部１９６、水供給部２００を停止する。また、図３に示すように、制御装置２５０は、ブロワ１１２、および、電気ヒータ１４０を動作させる。制御装置２５０は、バルブ１７６ｂを開き、流量調整機構２３６を開いて開度を調整する。

【0072】

そうすると、電気ヒータ１４０によって余剰の電力が消費される。ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給された酸素含有気体は、電気ヒータ１４０によって加熱される。電気ヒータ１４０は、第１温度に酸素含有気体を加熱する。第１温度は、固体粒子の耐熱温度未満であり、後述する第１発電モードにおいて、蒸気タービン発電機２１０の要求温度を満たす温度である。流動層装置１３０において、第１温度の酸素含有気体と、低温槽２３０から供給された低温の固体粒子とが熱交換することによって、固体粒子が第２温度に加熱される。換言すれば、第１温度は、蓄熱モードにおいて、固体粒子を第２温度以上に加熱できる温度である。第２温度は、第１発電モードにおいて、第２蒸気発生器１９０によって、蒸気タービン発電機２１０の要求温度（第４温度）を満たす水蒸気を生成可能な温度である。固体粒子がシリカである場合、固体粒子の耐熱温度は、例えば、１６００℃である。また、第２温度は、第１温度より低いが、温度差は小さい。第２温度と、第１温度との温度差は、例えば、５０℃程度である。第１温度は、例えば、１１００℃である。

【0073】

また、低温槽２３０から流動層装置１３０に低温の固体粒子が供給される。低温槽２３０は、例えば、常温（例えば、２５℃）の固体粒子を貯留する。したがって、流動層装置１３０において、高温の酸素含有気体と低温の固体粒子とが強く攪拌され、高温の酸素含有気体と低温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、酸素含有気体によって固体粒子が加熱され、固体粒子によって酸素含有気体が冷却される。なお、流動層装置１３０の出口において、固体粒子の温度と酸素含有気体の温度とはほぼ等しくなる（第２温度となる）。

【0074】

そして、固気分離器１７０は、流動層装置１３０から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の固体粒子（第２温度の固体粒子）は、配管１７４ｂを通じて高温槽１８０に供給される。高温槽１８０は、高温の固体粒子を貯留する。

【0075】

一方、固気分離された第２温度の酸素含有気体は、気体送出部２４０を通じて、予熱器１２０に供給される。予熱器１２０は、気体送出部２４０を通じて固気分離器１７０から供給された第２温度の酸素含有気体と、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体とを熱交換する。したがって、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体は、第２温度の酸素含有気体によって、第３温度に加熱される。第３温度は、常温より高い温度である。つまり、予熱器１２０は、流動層装置１３０から排出された酸素含有気体が有する熱で、流動層装置１３０に供給される前の酸素含有気体を予熱することができる。なお、固気分離器１７０から供給された酸素含有気体は、予熱器１２０において熱交換された後、不図示の熱利用機器に供給される。

【0076】

このように、蓄熱モードにおいて、余剰の電力が熱に変換されて、まず、酸素含有気体に伝熱される。そして、高温の酸素含有気体と低温の固体粒子とで熱交換が為され、熱が固体粒子に伝達される。こうして、余剰の電力が熱エネルギーに変換されて固体粒子に保持（蓄熱）される。なお、固体粒子の熱容量は酸素含有気体（空気）より大きいので、固体粒子の蓄熱密度（Ｊ／ｍ^３）は酸素含有気体より高い。

【0077】

なお、制御装置２５０は、余剰した電力の量（以下、「余剰電力量」という）に基づいて、流量調整機構２３６の開度を調整する。具体的に説明すると、電気ヒータ１４０によって余剰電力量の電力が熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーで（酸素含有気体を介して）固体粒子を加熱した場合に、第２温度となる固体粒子の量が決定される。したがって、制御装置２５０は、決定された量の固体粒子が、流動層装置１３０に供給されるように流量調整機構２３６の開度を調整する。

【0078】

これにより、余剰電力量が変動した場合（余剰電力量が時間的に変動した場合）であっても、高温槽１８０に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第２温度に維持することができる。つまり、余剰電力量の変動に対応することができる。したがって、後述する第１発電モードにおいて、追加のエネルギーを使用せずとも（例えば、補助燃料を燃焼させずとも）、要求温度を満たす第４温度の水蒸気を蒸気タービン発電機２１０に供給することが可能となる。

【0079】

［発電モード］
本実施形態の発電モードにおいて、制御装置２５０は、まず、第１発電モードに運転モードを設定し、第１発電モードが終了したら第２発電モードに運転モードを設定する。

【0080】

［第１発電モード］
図４は、本実施形態に係る第１発電モードにおける制御装置２５０の処理を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図４中、第１発電モードにおいて利用されない構成を省略する。

【0081】

制御装置２５０は、バルブ１６６、１７６ａ、１７６ｂ、流量調整機構１５６、２３６を閉じる。制御装置２５０は、電気ヒータ１４０、水供給部１６２を停止する。また、図４に示すように、制御装置２５０は、バルブ１７６ｃ、２０４、２２４を開き、流量調整機構１８６を開いて開度を調整する。制御装置２５０は、ブロワ１１２、流動化ガス供給部１９６、水供給部２００、乾燥装置２２０を動作させる。

【0082】

そうすると、第２蒸気発生器１９０には、高温槽１８０から高温の固体粒子（第２温度の固体粒子）が供給される。また、流動化ガス供給部１９６によって、収容室１９２ａ内に流動化ガスが供給される。これにより、第２蒸気発生器１９０において、高温の固体粒子の流動層が形成される。また、水供給部２００から伝熱管１９８に水が供給される。したがって、第２蒸気発生器１９０において、水と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって水が加熱され、水によって固体粒子が冷却される。こうして、第２蒸気発生器１９０において生成された水蒸気は、蒸気タービン発電機２１０に供給される。これにより、蒸気タービン発電機２１０が電力を生成する。なお、蒸気タービン発電機２１０に供給される水蒸気、および、第２蒸気発生器１９０から排出される固体粒子の温度は、概ね等しく、第４温度である。第４温度は、蒸気タービン発電機２１０の要求温度を満たす所定の温度であり、第２温度より低い。

【0083】

そして、第２蒸気発生器１９０において、水と熱交換されることで第２温度から第４温度に冷却された固体粒子は、流動層装置１３０に接続される配管１８４を通じて、流動層装置１３０に供給される。また、ブロワ１１２から流動層装置１３０に酸素含有気体が供給される。したがって、流動層装置１３０において、低温の酸素含有気体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって酸素含有気体が加熱され、気体によって固体粒子が冷却される。こうして、流動層装置１３０において、固体粒子および酸素含有ガスの温度は、概ね等しくなる。例えば、固体粒子および酸素含有ガスの温度は、第４温度より低い第５温度となる。

【0084】

そして、固気分離器１７０は、流動層装置１３０から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温（第５温度）の酸素含有気体は、気体送出部２４０を通じて、予熱器１２０に供給される。予熱器１２０は、気体送出部２４０を通じて固気分離器１７０から供給された第５温度の酸素含有気体と、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体とを熱交換する。したがって、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体は、第５温度の酸素含有気体によって、第６温度に加熱される。第６温度は、常温（例えば、２５℃）より高い温度である。つまり、予熱器１２０は、流動層装置１３０から排出された酸素含有気体が有する熱で、流動層装置１３０に供給される前の酸素含有気体を予熱することができる。なお、固気分離器１７０から供給された酸素含有気体は、予熱器１２０において熱交換された後、不図示の熱利用機器に供給される。

【0085】

一方、固気分離された第５温度の固体粒子は、配管１７４ｃを通じて低温槽２３０に供給される。低温槽２３０は、第５温度の固体粒子を貯留する。

【0086】

このように、第１発電モードでは、第２蒸気発生器１９０において、高温（第２温度）の固体粒子と低温の水とで熱交換が為され、水蒸気が生成される。そして、必要となった際（例えば、電力が不足している期間）において、高温（第４温度）の水蒸気を用いて、蒸気タービン発電機２１０により発電させることができる。

【0087】

なお、制御装置２５０は、蒸気タービン発電機２１０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構１８６の開度を調整する。具体的に説明すると、水供給部２００が蒸気タービン発電機２１０の要求流量で、第２蒸気発生器１９０の伝熱管１９８に水を供給し、高温槽１８０に貯留された第２温度の固体粒子で水を加熱する場合に、水を加熱して第４温度の水蒸気を生成するための固体粒子の量が決定される。したがって、制御装置２５０は、決定された量の固体粒子が、第２蒸気発生器１９０に供給されるように流量調整機構１８６の開度を調整する。

【0088】

これにより、蒸気タービン発電機２１０に供給される水蒸気の温度を蒸気タービン発電機２１０の要求温度にすることができる。したがって、追加のエネルギーを使用せずとも（例えば、補助燃料を燃焼させずとも）、安定的に、要求温度を満たす第４温度の水蒸気を蒸気タービン発電機２１０に供給することが可能となる。蒸気タービン発電機２１０の要求温度（例えば、要求される発電量）が時間的に変動しても、固体粒子の供給量を調整して対応できる。

【0089】

また、制御装置２５０は、第１発電モードにおいて、バルブ２２４を開く。そうすると、蒸気タービン発電機２１０に供給された水蒸気の一部が抽気されて、乾燥装置２２０に供給される。

【0090】

これにより、第１発電モードにおいて、電力を消費せずに、含水汚泥を乾燥させることができる。このため、省エネルギーで乾燥汚泥を製造することが可能となる。

【0091】

また、乾燥装置２２０を、蒸気タービン発電機２１０の復水器として利用することができる。これにより、含水汚泥を乾燥させつつ、蒸気タービン発電機２１０による発電効率を向上させることが可能となる。

【0092】

［第２発電モード］
制御装置２５０は、高温槽１８０から第２蒸気発生器１９０への固体粒子の供給が終了したら、運転モードを第１発電モードから第２発電モードに切り換える。つまり、制御装置２５０は、高温槽１８０に貯留されたすべての固体粒子が第２蒸気発生器１９０に供給されたら（高温槽１８０が空になったら）、運転モードを第１発電モードから第２発電モードに切り換える。

【0093】

図５は、本実施形態に係る第２発電モードにおける制御装置２５０の処理を説明する図である。なお、理解を容易にするために、図５中、第２発電モードにおいて利用されない構成を省略する。

【0094】

制御装置２５０は、バルブ１７６ｂ、１７６ｃ、２０４流量調整機構１８６、２３６を閉じる。制御装置２５０は、電気ヒータ１４０、水供給部２００を停止する。また、図５に示すように、制御装置２５０は、バルブ１６６、１７６ａ、２２４を開き、流量調整機構１５６を開いて開度を調整する。制御装置２５０は、ブロワ１１２、流動化ガス供給部１９６、水供給部１６２、乾燥装置２２０を動作させる。

【0095】

そうすると、固体粒子循環部１７４ａにより、固気分離器１７０によって分離された固体粒子が流動層装置１３０に供給される。これにより、流動層装置１３０、固気分離器１７０、固体粒子循環部１７４ａを固体粒子が循環することになる。そして、気体供給部１１０によって酸素含有気体が流動層装置１３０に供給されることにより、流動層装置１３０内において固体粒子の流動層が形成される。

【0096】

また、第２発電モードの初期状態において、制御装置２５０は、補助燃料を流動層装置１３０に供給し、当該補助燃料を燃焼させる。これにより、流動層装置１３０内の流動層が高温となる。

【0097】

そして、燃料供給部１５２によって、サイロ１５０から流動層装置１３０に乾燥汚泥が供給されると、流動層装置１３０内において高温の固体粒子の流動層によって、乾燥汚泥が燃焼される。つまり、第２発電モードにおいて、流動層装置１３０は、流動層燃焼炉として機能する。そうすると、乾燥汚泥の燃焼熱によって、固体粒子が加熱される。固体粒子の温度が第７温度に到達したら、制御装置２５０は、補助燃料の供給を停止する。第７温度は、補助燃料の供給を停止しても乾燥汚泥を燃焼可能な固体粒子の温度である。

【0098】

こうして、第７温度の固体粒子および燃焼排ガスの流動層が流動層装置１３０内に形成される。

【0099】

また、水供給部１６２から第１蒸気発生器１６０に水が供給される。したがって、第１蒸気発生器１６０において、乾燥汚泥の燃焼熱（高温の固体粒子および高温の燃焼排ガス）と、水とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって水が加熱され、水によって固体粒子が冷却される。こうして、第１蒸気発生器１６０において生成された水蒸気は、蒸気タービン発電機２１０に供給される。これにより、蒸気タービン発電機２１０が電力を生成する。なお、蒸気タービン発電機２１０に供給される水蒸気、および、流動層装置１３０から排出される固気混合物の温度は、概ね等しく、第８温度である。第８温度は、蒸気タービン発電機２１０の要求温度を満たす所定の温度であり、第７温度より低い。

【0100】

そして、第１蒸気発生器１６０において、水と熱交換されることで第７温度から第８温度に冷却された固気混合物は、固気分離器１７０に排出される。固気分離器１７０は、流動層装置１３０から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温（第８温度）の燃焼排ガスは、気体送出部２４０を通じて、予熱器１２０に供給される。予熱器１２０は、気体送出部２４０を通じて固気分離器１７０から供給された第８温度の燃焼排ガスと、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体とを熱交換する。したがって、ブロワ１１２によって流動層装置１３０に供給される酸素含有気体は、第８温度の燃焼排ガスによって、第９温度に加熱される。第９温度は、常温より高い温度である。つまり、予熱器１２０は、流動層装置１３０から排出された燃焼排ガスが有する熱で、流動層装置１３０に供給される前の酸素含有気体を予熱することができる。なお、固気分離器１７０から供給された燃焼排ガスは、予熱器１２０において熱交換された後、不図示の熱利用機器に供給される。

【0101】

一方、固気分離された第８温度の固体粒子は、固体粒子循環部１７４ａを通じて流動層装置１３０に返送される。

【0102】

このように、第２発電モードでは、乾燥汚泥を燃焼させ、この燃焼熱によって、第１蒸気発生器１６０において水蒸気が生成される。そして、必要となった際（例えば、電力が不足している期間）において、高温（第８温度）の水蒸気を用いて、蒸気タービン発電機２１０により発電させることができる。

【0103】

なお、制御装置２５０は、蒸気タービン発電機２１０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構１５６の開度を調整する。具体的に説明すると、水供給部１６２が蒸気タービン発電機２１０の要求流量で、第１蒸気発生器１６０に水を供給し、乾燥汚泥の燃焼熱で水を加熱する場合に、水を加熱して第８温度の水蒸気を生成するための乾燥汚泥の量が決定される。したがって、制御装置２５０は、決定された量の乾燥汚泥が、流動層装置１３０に供給されるように流量調整機構１５６の開度を調整する。

【0104】

また、制御装置２５０は、第２発電モードにおいて、バルブ２２４を開く。そうすると、蒸気タービン発電機２１０に供給された水蒸気の一部が抽気されて、乾燥装置２２０に供給される。

【0105】

これにより、第２発電モードにおいて、電力を消費せずに、含水汚泥を乾燥させることができる。このため、省エネルギーで乾燥汚泥を製造することが可能となる。

【0106】

また、乾燥装置２２０を、蒸気タービン発電機２１０の復水器として利用することができる。これにより、含水汚泥を乾燥させつつ、蒸気タービン発電機２１０による発電効率を向上させることが可能となる。

【0107】

以上説明したように、本実施形態にかかる蓄エネルギー装置１００は、余剰の電力を熱エネルギーに変換して固体粒子に保持させておく。これにより、蓄エネルギー装置１００は、余剰の電力を二次電池に蓄電する従来技術や余剰の電力を水素に転換する従来技術と比較して低コストでエネルギーを保持することが可能となる。また、蓄エネルギー装置１００は、余剰の電力を水素に転換して保持しておく従来技術と比較して、必要となった際（例えば、電力が不足している場合）に、保持させたエネルギーを高速で電気エネルギーに変換することができる。

【0108】

さらに、レンガブロックで蓄熱する従来技術と比較して、蓄エネルギー装置１００は、蓄熱モードにおいて、蓄熱させる固体粒子の量を調整することで、余剰電力が変動しても、指定する第２温度の固体粒子を貯留することができる。

【0109】

また、蓄エネルギー装置１００は、第２発電モードにおいて、従来廃棄されていた乾燥汚泥の燃焼熱により、発電させることができる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、低コストで発電することが可能となる。

【0110】

また、蓄エネルギー装置１００は、化石燃料ではなく、乾燥汚泥の燃焼熱により、発電させることができる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、化石燃料の燃焼によって発電する場合と比較して、二酸化炭素排出量を削減することが可能となる。

【0111】

また、蓄エネルギー装置１００は、含水汚泥ではなく、乾燥汚泥を燃焼させる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、汚泥の燃焼に要するエネルギーを削減することができる。

【0112】

また、蓄エネルギー装置１００は、乾燥装置２２０およびサイロ１５０を備える。これにより、蓄エネルギー装置１００は、乾燥汚泥を蓄エネルギー材として用いることができる。したがって、蓄エネルギー装置１００は、エネルギーを熱として固体粒子に蓄熱する場合と比較して、効率よくエネルギーを蓄えておくことができる。具体的に説明すると、高温の固体粒子は、顕熱としてエネルギーを蓄えているため、時間が経過するに従って放熱されてしまう。このため、固体粒子に蓄えられた熱エネルギーは時間の経過に伴って減少する。これに対し、乾燥汚泥は、顕熱としてエネルギーを蓄えているのではなく、化学エネルギーとしてエネルギーを蓄える。このため、乾燥汚泥は、時間の経過に伴ってエネルギーが減少することはない。したがって、蓄エネルギー装置１００は、蓄エネルギー材として乾燥汚泥を用いることにより、エネルギーを熱として固体粒子に蓄える場合と比較して、効率よくエネルギーを蓄えておくことが可能となる。

【0113】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0114】

例えば、上述した実施形態において、気体供給部１１０が、ブロワ１１２を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、気体供給部１１０は、酸素含有ガスを流動層装置１３０に供給できれば構成に限定はない。例えば、気体供給部１１０は、ブロワ１１２に代えて、圧縮気体源（例えば、圧縮空気源）やポンプを備えてもよい。

【0115】

また、上記実施形態において、流動層装置１３０の底面から気体が供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、酸素含有ガスは、流動層装置１３０における固体粒子の供給箇所より下方から供給されればよい。例えば、酸素含有ガスは、流動層装置１３０の下部から供給されてもよい。また、気体供給部１１０は、常圧の酸素含有ガスを供給してもよいし、加圧した酸素含有ガスを供給してもよい。

【0116】

また、上記実施形態において、第２蒸気発生器１９０が固体粒子の流動層を形成する構成を例に挙げて説明した。これにより、第１発電モードにおいて、第２蒸気発生器１９０は、固体粒子の熱で効率よく水蒸気を生成することができる。しかし、第２蒸気発生器１９０は、固体粒子と水とを熱交換させて水蒸気を生成することができれば構成に限定はない。例えば、第２蒸気発生器１９０は、固体粒子の移動層を形成する構成であってもよい。

【0117】

また、上記実施形態において、制御装置２５０が、電力が余剰（発電電力量－需要電力量 > 所定値（例えば０））する期間を、蓄熱モードに設定する場合を例に挙げた。しかし、制御装置２５０は、電力を他のエネルギーに転換する必要があるとき（例えば、電力グリッドを安定させるために電力を消費する必要があるとき）に、蓄熱モードに設定してもよい。

【0118】

また、上記実施形態において、電気ヒータ１４０が流動層装置１３０内に設けられる場合を例に挙げた。しかし、電気ヒータ１４０は、気体供給部１１０から流動層装置１３０に供給される酸素含有気体を加熱してもよい。例えば、電気ヒータ１４０は、気体供給路１１４における予熱器１２０と流動層装置１３０との間に設けられてもよい。

【0119】

また、上記実施形態において、制御装置２５０は、蓄熱モード、第１発電モード、および、第２発電モードのいずれかに運転モードを設定する場合を例に挙げた。しかし、制御装置２５０は、蓄熱モード、第１発電モード、第２発電モード、および、他の運転モードを含む複数の運転モードのうち、１の運転モードに設定してもよい。

【0120】

また、上記実施形態の第１発電モードにおいて、制御装置２５０は、第１蒸気発生器１６０から蒸気タービン発電機２１０への水蒸気の供給を停止し、第２蒸気発生器１９０から蒸気タービン発電機２１０へ水蒸気を供給させる場合を例に挙げた。つまり、制御装置２５０が、第１発電モードにおいて、第１蒸気発生器１６０の動作を停止し、第２蒸気発生器１９０を動作させる場合を例に挙げた。しかし、制御装置２５０は、第１発電モードにおいて、第１蒸気発生器１６０および第２蒸気発生器１９０を動作させ、第１蒸気発生器１６０および第２蒸気発生器１９０から蒸気タービン発電機２１０へ水蒸気を供給させてもよい。これにより、蓄エネルギー装置１００は、第１発電モードにおいて、蒸気タービン発電機２１０による発電効率を向上させることができる。

【0121】

また、上記実施形態において、蓄エネルギー装置１００が、第２蒸気発生器１９０を備える場合を例に挙げた。しかし、第２蒸気発生器１９０は、必須の構成ではない。第２蒸気発生器１９０を備えない場合、高温粒子供給部１８２は、高温槽１８０に貯留された固体粒子を流動層装置１３０に直接供給する。また、この場合、制御装置２５０は、第１発電モードにおいて、高温粒子供給部１８２を制御して高温槽１８０から流動層装置１３０に固体粒子を供給し、第１蒸気発生器１６０において酸素含有気体が有する熱および固体粒子が有する熱によって水蒸気を生成させて、蒸気タービン発電機２１０により発電させる。これにより、蓄エネルギー装置１００は、第２蒸気発生器１９０を備えずとも、第１発電モードにおいて、第１蒸気発生器１６０によって水蒸気を生成させることができ、当該水蒸気を用いて、蒸気タービン発電機２１０により発電させることができる。

【0122】

また、上記実施形態において、蓄エネルギー装置１００が、乾燥装置２２０を備える場合を例に挙げた。しかし、乾燥装置２２０は、必須の構成ではない。

【0123】

本開示は、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0124】

１００ 蓄エネルギー装置
１１０ 気体供給部
１２０ 予熱器
１３０ 流動層装置
１４０ 電気ヒータ
１５０ サイロ
１５２ 燃料供給部
１６０ 第１蒸気発生器
１７０ 固気分離器
１７４ａ 固体粒子循環部
１８０ 高温槽
１８２ 高温粒子供給部
１９０ 第２蒸気発生器
２１０ 蒸気タービン発電機
２２０ 乾燥装置
２３０ 低温槽
２３２ 低温粒子供給部
２５０ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】